informe pasteurizacion

8/15/2019 Informe Pasteurizacion

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RESUMEN

En el presenta laboratorio de pasteurización se procedió a realizar el proceso a dos alimentos con

características geológicas distintas, salsa de tomate y jugo de naranja. A ambos alimentos se les midió

la temperatura en el punto frio mediante termocuplas. El procedimiento consistió en medir la

temperatura hasta que alcanzó un valor constante el cual se define como temperatura de

mantención, y luego se dejó enfriar hasta cierta temperatura, determinando así los tiempos

pertenecientes a cada zona de pasteurización. Debido a que ambos alimentos poseen un pH acido, se

consideró que el microorganismo que se deseaba eliminar es B. coagulans (B. Thermoacidurans). Los

resultados obtenidos para la salsa de tomate fueron: etapa de calentamiento: 42 [min] hasta alcanzar

los 56[°C], etapa de mantención 5 [min] a 56[°C] y etapa de enfriamiento 60 [min] hasta 24[°C], y

para el jugo de naranja etapa de calentamiento: 17 [min] hasta alcanzar los 58[°C], etapa de

mantención 23 [min] a 58[°C] y etapa de enfriamiento 24 [min] hasta 24[°C]Los datos obtenidos se

analizaron usando dos métodos: método integral y método general. Con esto se obtuvieron los

tiempos teóricos correspondientes ambos alimentos. Los resultados fueron los siguientes: para la

salsa de tomate se obtuvo un tiempo de mantención teórico de 8,64 [min] y para el jugo de naranja el

tiempo fue de 8,64 [min].


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ii

INDICE GENERAL

Indice General..................................................................................................................................... ii

Indice de Tablas ..................................................................................................................................iii

Objetivos ..................................................................................................................... 1 Capítulo 1

1.1 Objetivos generales ............................................................................................................. 1

1.2 Objetivos especificos ........................................................................................................... 1

INTRODUCCION ........................................................................................................... 2 Capítulo 2

RESULTADO Y DISCUSIONES ......................................................................................... 5 Capítulo 3

3.1 Curvas de calentamiento, mantención y enfriamiento ......................................................... 5

3.2 Tiempos Teoricos de pasteurización .................................................................................... 9

3.2.1 Método Integral. .......................................................................................................... 9

3.2.2 Método General......................................................................................................... 13

CONCLUCIONES ......................................................................................................... 15 Capítulo 4

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 16 Capítulo 5

Anexo ............................................................................................................................................... 17


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INDICE DE TABLAS

Tabla 3.1 Resumen de tiempos experimentales para ambos alimentos ............................................... 8

Tabla 3.2 Constante k para las respectivas temperaturas de mantención. ......................................... 12

Tabla 3.3 Datos experimentales y teóricos de los tiempos de pasteurización..................................... 12


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OBJETIVOSCapítulo 1

1.1 OBJETIVOS GENERALES

Obtener las curvas de calentamiento, mantención y enfriamiento de alimentos con distintas

características reologicas.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Obtener el tiempo de esterilización de ambos alimentos a través del método integral y

general considerando los datos obtenidos experimentalmente.

- Comparar ambos resultados, considerando las características de cada alimento y la presencia

del microorganismo B. coagulans (B. Thermoacidurans), el cual se desea aliminar.


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INTRODUCCIONCapítulo 2

Entre las técnicas de preservación de alimentos, el uso de calor tiene un amplio rango de aplicación.

Cocinar alimentos es una forma de preservación de estos, pero no asegura la total inocuidad, por lo

que eventualmente sufrirán de degradación en un periodo relativamente corto de tiempo.

Cuando se refiere al proceso de preservación de alimentos, se debe aludir a procesos controlados que

se utilizan comercialmente como es la pasteurización, la esterilización, y el escaldado. (Potter, 1968).

La pasteurización en un proceso de preservación de alimentos donde estos son sometidos a

temperaturas normalmente por debajo de punto de ebullición del agua. Este normalmente tiene dos

objetivos dependiendo del tipo de alimento que se trate. Primero, es utilizado para destruirmicroorganismos patógenos asociados al alimento, y segundo es alargar el tiempo de conservado del

alimento con la inhibición de microorganismos y enzimas. (Potter, 1968).

Los procesos de pasteurización, así como cualquier otro en el uso de calor, se basan en dos aspectos

principales. La resistencia al calor que posean los microorganismos de cada alimento, y en la

capacidad calorífica de cada producto. (Awuah, Ramaswamy, & Economides, 2007)

Para el desarrollo de este informe, se ha realizado la pasteurización en forma de proceso batch de dos

alimentos. Salsa de tomate y jugo envasado de naranja.

La salsa de tomate se define como el producto resultante de la molienda y tamizaje parcial de

tomates de las variedades rojas, sanos, maduros, cuya pulpa y jugo parcialmente libre de piel y

semillas ha sido concentrado por evaporación y adición de condimento, sal y aditivos permitidos. El

jugo de fruta, en este caso naranja, se entiende como un producto sin fermentar, pero fermentable,

pulposo, turbio o claro, destinado al consumo directo, obtenido por procedimientos mecánicos a

partir de frutas u hortalizas maduras en buen estado o de sus carnes y conservados exclusivamente

por medios físicos. (Ministerio de Salud, 2001).

En la práctica del tratamiento térmico, el factor más importante que influye en la resistencia al calor

por parte de un microorganismo es la composición del producto, en particular su actividad de agua y

el pH. Donde la disminucion de la actividad del agua aumenta significativamente la resistencia


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térmica , mientras que un ambiente acido y un pH bajo también disminuyen la resistencia al calor. Es

por esto que el pH del producto es de gran importancia para el tratamiento termico, donde pH 4,5

representa una línea divisora; productos con pH inferior a 4,5 pueden ser esterilizados a 100 [°C] o a

menor temperatura, y aquellos alimentos con pH mayor a 4,5 deben ser esterilizados a mas de

100[°C] (Deák, 2014). Ambos alimentos corresponden a alimentos ácidos. El jugo de naranja tiene un

pH alrededor de 3,7 y la salsa de tomate alrededor de 4,4 (Karel. 2003). Estos valores son relevantes

ya que las bacterias tienden a morir de manera proporcional al número presente en el alimento que

está siendo calentado (Potter, 1968), esto se refiere como el orden de muerte logarítmica, y esta

varía para teóricamente para distintos alimentos. En el caso de alimentos ácidos, el valor de esta

proporción logarítmica es de 1x105.

En la Figura 2.1 se muestran tipos de bacterias y sus ambientes de crecimiento normal en términos de

temperatura y pH. En base a esto, los tiempos de esterilización del jugo de naranja y la salsa de

tomate se han realizado con la intención de eliminar el B. coagulans (B. Thermoacidurans).

Figura 2.1 Microorganismos típicos en alimentos procesados. (Karel & Lund, 2003)


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4

Para la eliminación de B.Coagulans en alimentos con un pH mayor a 4,5 es aplicar temperaturas de

121[°C ] por 0,7 minutos. En este caso, como ambos alimentos son más ácidos, se recomienda realizar

la pasteurización por 1,56 minutos a 100[°C].

Con respecto a la pasteurización existen de 2 tipos de acuerdo con la temperatura y el tiempo

aplicado. El primero es un proceso lento usando temperaturas bajas durante mucho tiempo y el

segundo es un proceso flash (HTST) utilizando altas temperaturas en un corto periodo. El tratamiento

de pasteurización debería ser suficiente para eliminar todas las bacterias patógenas no espurulentas.

Por lo tanto el objetivo general de este proceso es extender la vida útil del producto y mantener su

calidad. En el presente laboratorio se trabajó con el primer proceso, la cual se aplican temperaturas

entre 65-70[°C] durante 15-30 [min] para productos que se encuentran en botellas, frascos o latas.

(Deák, 2014)

Los objetivos de este informe consisten en mostrar las curvas de calentamiento y enfriamiento

obtenidos durante la práctica y a través de ellos calcular el tiempo de pasteurización para la salsa de

tomate y jugo de naranja haciendo consideración de los datos cinéticos de muerte de la bacteria

B.coagulans.

Se espera que los resultados en el laboratorio sean similares a los presentados en bibliografía.


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RESULTADO Y DISCUSIONESCapítulo 3

3.1 CURVAS DE CALENTAMIENTO, MANTENCIÓN Y ENFRIAMIENTO

Se realizaron experiencias donde se midió la temperatura en función del tiempo del calentamiento de

salsa de tomate y jugo de naranja en frascos de vidrio, durante todo el proceso de pasteurización. Los

frascos se llenaron con las muestras a temperatura ambiente, y se sumergieron en un baño de agua

caliente a aproximadamente 60 [°C]. Mediante una termocupla (Canal 2 para la salsa de tomate y

Canal 5 para el jugo de naranja) se midió la temperatura del alimento considerando como punto de

referencia el punto frio. La temperatura dentro del frasco se midió colocando el termistor en el punto

frío de cada alimento.

Los perfiles de temperatura para la salsa de tomate y el jugo de naranja se observan en las Figura 3.1

y Figura 3.2 respectivamente. A partir de estas, se identificaron las zonas de calentamiento,

mantención y enfriamiento.

Figura 3.1 Variación de la temperatura con respecto al tiempo de la muestra de salsa de tomate

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150

T e m p e r a t u r a [ ° C ]

Tiempo [min]

Zona de Calentamiento

Zona de Mantencion


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6

Figura 3.2 Variación de la temperatura con respecto al tiempo de la muestra del jugo de naranja

En la Figura 3.3 se muestra la comparación de las zonas de calentamiento, observándose notable

diferencias, probablemente debido a sus características (la salsa de tomate representa una dispersión

concentrada de la materia, debido a su estructura compleja. Exhibe un comportamiento no

newtoniano (Torbica, y otros, 2016)). Por un lado, se nota que el jugo de naranja (liquido homogéneo)

alcanza rápidamente la temperatura de pasterización de 58 [°C] en 17 minutos, mientras que la salsa

de tomate (liquido viscoso y heterogéneo) su máxima temperatura es de 56 [°C] en 42 minutos,

demorando prácticamente 2,5 veces más que el tiempo del jugo de naranja.

Figura 3.3 Comparación de las zonas de calentamiento de ambos producto

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150

T e m p e r a t u t a

[ ° C ]

Tiempo [min]

Zona de calentamiento

Zona de Mantencion

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50

T

e m p e r a t u r a [ ° C ]

Tiempo [min]

Zona de Calentamiento Salsade Tomate

Zona de Calentamiento Jugo


11/22

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El tiempo total de mantención de la salsa de tomate fue de 5 [min] mientras que el del jugo de

naranja fue de 23[min]. Se observa entonces que de mantenimiento del jugo de naranja fue de 4.6

veces el de la salsa de tomates. La línea casi recta denota la zona donde la temperatura permanece

constante (aunque con pequeñas fluctuaciones, debido a los datos que escapan del promedio

producto del ruido de la termocupla). A esta temperatura en donde el alimento es efectivamente

esterilizado. Por lo tanto la temperatura promedio de esterilización determinada a partir de la zona

de mantención fue de 56 °C para la salsa de tomas y 58 °C para el jugo de naranja.

Figura 3.4: Zona de mantenimiento de ambos alimentos

Por otro lado, las zonas de enfriamiento (Figura 3.5) se comportan de manera muy diferente,

produciéndose además a tiempos distintos. La curva de jugo decrece rápidamente, demorándose

aproximadamente 24 minutos en alcanzar los 24[°C]. Mientras que la curva de la salsa de tomate

tiene un descenso mucho más lento en comparación a la del jugo, demorando 60 minutos, por lo que

es 2.5 veces más lento.

55,5

56

56,5

57

57,5

58

58,5

59

59,5

0 10 20 30 40 50

T e m p e r a t u r a [ ° C ]

Tiempo, [min]

Zona de mantención Salsade Tomates

Zona mantención Jugo deNaranja


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8

Figura 3.5 Comparación de las zonas de enfriamiento de ambos productos

En la Tabla 3.1 se muestran los respectivos tiempos de calentamiento y enfriamiento para los dos

productos analizados durante la experiencia.

Tabla 3.1 Resumen de tiempos experimentales para ambos alimentos

Salsa de Tomates Jugo de Naranja

Tiempo Calentamiento [min] 42 17

Tiempo Mantenimiento [min] 5 23

Tiempo Enfriamiento [min] 60

24

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150

T e m p e r a t u r a ,

[ ° C ]

Tiempo, [min]

Zona enfriamiento salsatomates

Zona enfriamiento Jugode naranja


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3.2 TIEMPOS TEORICOS DE PASTEURIZACIÓN

Para la determinación del tiempo total de pasteurización, tanto para el jugo de naranja como para la

salsa de tomates, se necesita definir la cinética de los microorganismo patógenos en función del pH

que caracterice al alimento (Karel y Lund, 2003), según algunos autores ambos alimentos son

catalogados como alimentos ácidos (ver Anexo. tabla 1) con un pH de medio de 4,4 para la salsa de

tomates y un pH medio de 3,7 para el jugo de naranja, por lo que recomiendan el uso de parámetros

cinéticos de Bacillus coagulans como microorganismos esporulado patógeno resistente a la

temperatura.

El rango del tiempo de reducción decimal (D) para destruir esporas de Bacillus coagulans a pH 4.5 es

entre 0.01 y 0.07 [min] a 121 °C, con un valor de la constante de resistencia térmica (z) de 10 [°C]

.(Brennan, Butters, Cowell, & Lilley, 1980). A 100 [°C] el valor de D es cercano a 2 minutos y el

parámetro z tiene un valor de 16,9 [°C] (Tijskens & Schijvens, 1987)

3.2.1 Método Integral.

Este método, utiliza la constante de la velocidad de muerte del organismo (k), para el cálculo del

tiempo de esterilización. El modelamiento se hace a partir de la cinética de destrucción térmica en

microorganismos, obteniendo la siguiente ecuación:

( ) ∫

Ecuación 1

Donde

: Tiempo de reducción en la zona de calentamiento: Tiempo de reducción en la zona de mantención: Tiempo de reducción en la zona de enfriamiento: Tiempo de reducción totalEa: Energía de activación [cal/mol]


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R: Constante de los gases

T: Temperatura [K]

Ko: Constante de la ecuación de Arrhenius [1/s]

No: Numero de microorganismos viables

N: Numero de microorganismos viables en un determinado tiempo t.

Tanto el jugo de naranja como la salsa de tomate son alimentos ácidos, por lo que considerará para

posteriores cálculos un valor de:

( )

Separando la integral de la Ecuación 1 en las tres etapas fundamentales de la pasteurización que son

la zona de calentamiento, mantención y enfriamiento, se obtiene que:

( ) ∫

∫

Ecuación 2

Donde:

k : constante de velocidad de destrucción o de muerte.

k (T): constante de velocidad de muerte a la temperatura de pasteurización.

t 2 – t 1: es el tiempo de mantención.

En este caso la pasteurización se realizó a 59 [°C] (temperatura del baño caliente), por lo que será

necesario encontrar el valor de k a dicha temperatura. Para ello se debe tener presente que la

constante de destrucción (k) responde a la cinética de Arrhenius. También vamos a usar como

referencia la temperatura de 121 [°C]. Con todo esto se obtiene la siguiente ecuación:

Ecuación 3


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Donde:

Ea: Energía de activación (cal/mol)

T : Temperatura (ºC)

R: Constante de los gases (1,987 [Kcal/mol·K])

La energía de activación para esporas se encuentra en un rango de 53-83 [kcal/mol (Cambiano, 2000).

Se seleccionará el valor intermedio de este rango (68 [kcal/mol]) para posteriores cálculos, debido a

que no se encontraron antecedentes específicos para nuestra cepa de referencia (B. coagulans).

Para calcular k 121[°C] se utiliza la siguiente ecuación:

Ecuación 4

Donde:

D121ºC: tiempo de reducción decimal a 121 [°C].

Como se mencionó anteriormente, B. coagulans tiene un valor de D121ºC entre 0,01 y 0,07 minutos.

Seleccionando el promedio de estos, se tiene que D121ºC es igual a 0.04 [min], con lo que se estima, a

partir de la Ecuación 4, que k121ºC es de 57.6 [min-1

] (0.96 [s-1

]).

Finalmente, utilizando la Ecuación 3, se obtiene en Tabla 2.2 los valores de las constantes cinéticas de

destrucción k para ambos alimentos en estudio.


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Tabla 3.2 Constante k para las respectivas temperaturas de mantención.

Jugo de Naranja Salsa de tomate

Temperatura demantención alcanzada [°C]

58 56

Constante de velocidad de

muerte térmica (k o) [s-1]

5,1*1037 5,1*1037

A continuación, mediante el método de los trapecios se estimaron las áreas de calentamiento,

mantención y enfriamiento y combinando la Ecuación 1 y 2 se obtuvieron los tiempos de mantención

(t2-t1) y en la Tabla 3.3 se compara con los valores arrojados de manera experimental.

Tabla 3.3 Datos experimentales y teóricos de los tiempos de pasteurización

Alimento Temperatura de

Mantención

Tiempo de Mantención

experimental

Tiempo de Mantención

Teórico

Salsa de Tomate 56[°C] 5 [min] 8,64 [min]

Jugo de Naranja 58[°C] 23 [min] 16,33[min]

Así es posible observar que al comparar los tiempo de mantención de ambos alimentos, considerando

que el tiempo teórico considera la destrucción de los microorganismos casi en su totalidad, podemos

deducir que para el caso de la salsa de tomate no logró conseguir tal objetivo debido a que el tiempo

experimental fue menor que el teórico. Mientras que para el jugo de naranja el tiempo experimental

fue bastante superior al teórico por lo que el objetivo se cumplió.


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3.2.2 Método General

Este método utiliza el grafico de

1 v/s t, donde el área baja la curva corresponde a la siguiente

expresión:

t

dt A

0

Ecuación 6

Donde:

A: área de un gráfico.

: tiempo necesario para destruir cierta cantidad de microorganismos (TDT).

t: tiempo de esterilización.

Con el objetivo que reducir la cantidad de microorganismos suficientes, es que se requiere de cierto

tiempo. Esto es equivalente a que el área bajo la curva sea igual a 1, por lo tanto:

1

0

t dt

A

Con esto la esterilización se habrá logrado. Separando la integral por partes, se obtiene:

∫

∫

Ecuación 7

Donde:

t1: tiempo final del calentamiento

t2: tiempo final de la mantención

t3: tiempo final del enfriamiento

: tiempo de esterilización necesario para destruir cierta cantidad de microorganismos a la

temperatura de esterilización.

t


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Además, se tiene las siguientes relaciones:

Ecuación 8

Ecuación 9

Donde:

No: probabilidad de encontrar una bacteria en el tarro sin esterilizar.

N: probabilidad de encontrar una bacteria en un tarro esterilizado.

D121ºC: Tiempo de reducción decimal a 121[°C]

z: cambio de temperatura necesaria en [°C]

para cambiar el en un factor de 10.

En este caso, los datos a utilizar son los siguientes:

N0/N= 1x105

D121= 0,04

z= 10

F121 se calcula a través de la ecuación 9 y se obtiene

F121= 0.46

Con estos datos, y la aplicación de la ecuación ecuación 8 se puede calcular el valor de que resultaen 729050 [min].


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CONCLUCIONESCapítulo 4

Los alimentos sometidos a pasteurización en este laboratorio poseen distintas características

reologicas, por lo que se comportan de diferente forma aplicarles calor, esto puede deberse

principalmente a sus características ya que estas definen sus puntos fríos, y por lo tanto definen la

forma en la que el calor afecta a la muestra. Como era de esperar la muestra liquida (con densidad

cercana a la del agua) demoro menos en llegar a un temperatura constante y su tiempo de

mantención fue mayor, no así la salsa de tomate la que demoro un mayor tiempo para llegar a una

temperatura constante y tal temperatura se mantuvo por poco tiempo. Al comparar los tiempos

teóricos con los experimentales fue posible observar que numéricamente se acercan, pero para el

caso de la salsa de tomate no se logra el objetivo de lograr una destrucción cercana a la totalidad delos microorganismos debido a que el tiempo experimental fue menor al teórico.

Cabe destacar que todos los valores obtenidos presentan ciertos errores debidos a la falta de

información específica para el microorganismo, por lo que al tenerse tales datos los resultados

podrían acercarse más a la realidad.


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ANEXO

Calculo del tiempo de pasteurización por el método integral.

1. Cálculo de k max

A partir de la siguiente ecuación, es posible estimar el valor de referencia k max.

T R Ea

máxT ek k *

)( *

Con el valor conocido de k121°C y de la energía de activación (68 [kcal/mol]) se tiene que:

)273121*(987,1

68000

)121( *ek k máxC

Despejando k max se obtiene que:

1004,3 máxk

39[min

-1]

2. Cálculo de k a la temperatura de mantención.

Con la misma ecuación anterior es posible calcular los k 58°C para el jugo de naranja y k 56°C para la

salsa de tomate, obteniéndose lo siguiente:

)27358*(987,1

68000

)58( *ek k máxC

)27356*(987,1

68000

)56( *ek k máxC

Con el valor de k max calculado anteriormente se obtiene:

)58( C k 6,34 x 10-6

)56( C k 3,38 x 10-6


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3. Valores de pH

Tabla 1. Valores típicos de pH de alimentos

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