Autoclaves
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Enlatado/esterilización
En el enlatado se realiza un proceso de esterilizaciónLa esterilización es un proceso más severo que la pasteurizaciónEl enlatado de alimentos es el procedimiento:
Para conservar alimentos Destruir:
m.o. patógenos (viables y esporas)Inactivar enzimas
2Ing. Carlos Elías
EsterilizaciónSe busca la esterilización comercial no la esterilización absolutaLas temperaturas que se utilizan están por encima de los 100 ºC por lo que necesitan sobre-presión(calderos, autoclaves, ductos de vapor)La esterilización es un proceso más severo que la pasteurización
3Ing. Carlos Elías
Ing. Carlos Elías P. 4
Clostridium botulinum (C.b.)Generalmente se toma como referencia al C.b. (mesófilo) para los cálculos del tratamiento térmico Datos del C.b.:
La temperatura de referencia para el C.b. es 121.1 ºC (250 ºF)F0 = 2.52 minZ = 10 ºC o 18 ºF
Hay m. o. más resistentes pero se toma como base al C.b. por ser el m. más peligroso para la salud pública
CocciónLa cocción está relacionada con:
La digestibidad (gelatinización del almidón, ruptura de estructuras secundaria de las proteínas)
Con la cocción no siempre se logra la muerte térmicaLo más difícil es lograr la cocción de:
las partes internas de los alimentos
5Ing. Carlos Elías P.
Autoclaves
La esterilización se lleva a cabo en autoclavesLas autoclaves trabajan con
Vapor saturado
7Ing. Carlos Elías
ARRHENIUS:Las bacterias se destruyen a mayor velocidad a elevadas temperaturas
Bacterias y esporas
Vitaminas y enzimas
1/T21/T1 1/T
K
Mayor Tº
K1
K2
K3
K4
Pasteurización/esterilización• Pasteurización • Esterilización
Ing. Carlos Elías P. 9
Intercambiadores de placas/Autoclave
Autoclave:La transferencia de calor no es instantáneaHay un punto más frío (pmf). Punto de menor letalidadCon una termocupla se monitorea el tratamiento
Inter. de placas:La transferencia de calor es instantáneaTanto el calentamiento como el enfriamiento son instantáneosNo hay puntos más fríos ni más calientes
10Ing. Carlos Elías
Rapidez del calentamiento/factores
La rapidez del calentamiento de los alimentos depende de:
De la superficie de contacto con la fuente calienteDel medio de calentamiento (calor seco o calor húmedo)El coeficiente de conducción (conductividad térmica)
La conductividad térmica será diferente en un “caldo” que En una atún (constituida por proteínas/lípidos)
12Ing. Carlos Elías
Autoclaves con contrapresión
Presión y temperatura están relacionados:
A › Presión › TºEn ciertos casos se puede bajar la tºpero no la presión:
TT en bolsas flexibles retortablesSe hace contrapresión para que no exploten las bolsasPara la contrapresión se utiliza aire comprimido en el enfriamiento
13Ing. Carlos Elías
Autoclave: tuberías/válvulas/manómetros
A través de tuberías se alimenta vapor, agua y aire comprimidoLos flujos se controlan por válvulasSe usan manómetros para chequear la presión
15Ing. Carlos Elías
TP = TC + CUT TP =desde que se abre hasta que
se cierra la llave de vaporTC =Tiempo de calentamientoCUT =Tiempo de levante
16Ing. Carlos Elías
Tipos de microorganismosEn general se presentan 3 tipos de m.o.:
Sustrato
Benéficos
AlterantesPatógenos
17Ing. Carlos Elías P.
Tratamiento térmico
Prolongación del tiempo de vida
Destrucción de patógenosDestrucción de patógenos
Destrucción de alterantesDestrucción de alterantes
18Ing. Carlos Elías P.
Manipulación de factores internos y externos importantes en los enlatados
Factores internos:pHAw
Factores externos:Temperatura
19Ing. Carlos Elías P.
Descomposición por tratamiento térmico inadecuado
Son causas de la descomposición de alimentos enlatados:a. Las fugas y b. t.t. insuficientes c. Enfriamiento inadecuadod. Mal almacenamiento e. Alteraciones antes del t.t.
21Ing. Carlos Elías P.
a. Fugas
Las fugas son consecuencia de:Defectos en las latasMal selladoOrificios yMal manipuleo
Las agua contaminadas pueden ingresar a la lata y contaminar el producto
22Ing. Carlos Elías P.
b.Tratamiento térmico (t.t.) insuficientes
Fallas en las operaciones de retorta (autoclave)Uso de termómetros defectuososVálvulas no calibradasContaminación excesiva por lo que el t.t. resulta insuficiente
23Ing. Carlos Elías P.
Sub-tratamientos y sobre-tratamientos
t.t.decuado
Sub-tratamientos: problema microbiológico, riesgo para la salud pública
Sobre-tratamientos: • Problemas sensoriales como perdida de textura• Problemas nutricionales, como pérdidas de vitaminas
24Ing. Carlos Elías P.
c.Enfriamiento inadecuado
Enfriamiento Lento.Riesgo de crecimiento de termófilos
Ѳ
Tº
Enfriamiento rápido
25Ing. Carlos Elías P.
d. Mal almacenamiento
Lugares de temperatura elevada:Las temperaturas elevadas actúan como “estufas”Le dan a los m.o. remanentes el ambiente apropiado para su reproducciónGeneralmente se incrementa el Fo en aquellos productos destinados a lugares cálidos
Lugares de altitud elevadaLas latas al encontrar presiones externas menores ejercen tensiones en los cierres
26Ing. Carlos Elías P.
e. Alteraciones previas al t.t.
En ocasiones se observa que las conservas se abomban en ausencia de m.o. vivosEllo se debe a la producción de gas de origen microbiano en las latas ya cerradas
que, en vez de esterilizarse inmediatamente, permanecieron cierto tiempo en espacios calientessusceptibles de alteración por flora termófila
27Ing. Carlos Elías P.
Microorganismos y oxígeno
Las conservas bien elaboradas tienen ausencia de oxígeno
en el exhauster el oxígeno es desplazado por el vapor y este es posteriormente condensado a causa del enfriamientoEl condensamiento causa vacío
Al no haber oxígeno:no hay presencia de m.o. aerobios como los mohos y las levadurasse favorece la presencia de m.o. anaerobios como el Clostridium botulinunel C. botulinum es eliminado por las elevadas temperaturas
28Ing. Carlos Elías P.
Condiciones que controlan el Clostridiumbotulinum
pH por debajo de 4.6Aw ≤ 0.93OxígenoEsterilizaciónNitritos
29Ing. Carlos Elías P.
Zona de riesgo y conservación por frío y calor
• Conservación por frío:• Refrigeración • Congelación
5 ºC
65 ºC
Zona deriesgo
• Conservación por calor:• Pasteurización• Esterilización
Ing. Carlos Elías P. 31
CURVA DE SUPERVIVENCIA DE MICROORGANISMOS
• Cuando las bacterias o sus esporas se exponen al calor, la supervivencia de estas se puede expresar en la siguiente ecuación:
•
•
• N= N0e-kθ
• Donde:• N0 = Número de m. o. • θ = Tiempo (min)• k = Velocidad de
destrucción térmica
Ecuación de supervivencia oEcuación de destrucción térmica (antiguamente)
Ing. Carlos Elías P. 32
LINEARIZANDO LA ECUACIÓN DE SUPERVIVENCIA
X b - a Y alinearizad
ciasuperviven deecuación θ 2.303)K / ( LgN Lg θ 2.303)K / (Ln 2.303) / (1 LnN (1/2.303)
e)(Ln KθLn NLn e N
0
0
0
θK 0
=
−Ν=−Ν=
−Ν=Ν= −
Ing. Carlos Elías P. 34
… EXPRESIÓN DE LA ECUACIÓN DE SUPERVIVENCIA EN f(D)
• Lg N = Lg N0 – (1/D) θ(es la forma más frecuentemente usada)
Tg φ = -(1/D)φ
D
Lg 100 = 2
Lg 10 = 1
Ing. Carlos Elías P. 36
RANGO DE DESTRUCCIÓN TÉRMICA DEL C. botulinum
Según Esty y Meyer(1922):
F=12 D = 2.52 min
N0=60x10 9
N = 0.1
250ºF
Obsérvese que: F = (Lg N0 – Lg N)D; D250ºF = 0.21 min; F=12D; F=12(0.21) = 2.52 min
Ing. Carlos Elías P. 37
Resistencia térmica de m.o. formadores de esporas y de interés en el tratamiento térmico
38Ing. Carlos Elías P.
CURVA DE RESISTENCIA TÉRMICA Y VALOR “Z”
• En la Fig. adjunta se puede observar que los valores de “D”dependen de la temperatura.
Ing. Carlos Elías P. 39
Generalizando para hallar la ecuación de resistencia térmica
z
Log D
m = 1z
Tº
Log D
Log D0
t0
( )ttZD
D−= 0
0
1log
( )10 01
0
ttZ
DD −=
( )ttZ
DLogLogD −=− 001
φ
+=++
ZttLogDLogD
Tag 1
0
0 =−
−=φ
))(1(
0010
ttZDD
−=
t
))(1(
0010
ttZDD
−=
))(1(
0010
ttZDD
−=
Pero, como F = 12D
))(1(
0010
ttZFF
−=
Ecuación de muerte térmica:nos permite hallar el F0
nos permite hallar termotratamientos equivalentes
…Curvas de resistencia térmica, muerte térmica y valor “z”
• Como F = n x D, la Curva de Resistencia Térmica D=f(t) y la Curva de Muerte TérmicaF=f(t) son paralelas como se puede ver en la Fig. adjunta.
Ing. Carlos Elías P. 43
VELOCIDAD LETAL (L) Y LETALIDAD (F0)• De la ecuación de muerte térmica:
• F = F0 x 10 (1/Z)(T0-T) ó
• F0 = F x 10 (1/Z) (T –T0)
• Las letalidades F y F0 se hacen equivalentes mediante un factor de conversión llamado Velocidad Letal “L” , donde:
L = 10 (1/Z) (T –T0)
• A F0 se conoce como Letalidad del proceso:• Letalidad = F0 = F x L
Ing. Carlos Elías P. 45
Comportamiento de la Temperatura de la Retorta (Tr) y del Producto (Ti) en los Enlatados. Valor F0
∫=θ
00 dt L F
F0
Velocidad Letal "L" en función del Tiempo " t "
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0,8 1,8 2,8 3,8 4,8 5,8 6,8 7,8 8,8 9,8 10,8 11,8 12,8 13,8 14,8 15,8
"t"
"L"
F0
F0 = Área bajo la curva(F0)total = Σ (F0)parcial
(F0 )parcial =(F)(L) =(∆t)(L)
Métodos para Hallar el Área Bajo la Curva: Letalidad del Proceso.
• Para hallar el área bajo la curva existen varios métodos, entre los que mencionaremos:
a. El método del rectángulob. El método de Patashnikc. El método de Simpsond. Planímetroe. Por pesadaf. Cuenta de cuadrados(sólo discutiremos los dos primeros)
Ing. Carlos Elías P. 47
a. Método del Rectángulo
• El área del rectángulo (bxh) representa el efecto térmico parcial:
• F0 = (∆θ)(L) ó• F0 = F 10(1/Z)(t-to)
Ing. Carlos Elías P. 48
b. Método de Patashnik (método del trapecio)
• El método de Patashnik es una adaptación de la regla trapezoidal: • A= b((h1+ h2)/2)• Del gráfico:
A5 = (∆θ)(L4+L5)/2• Es fácil calcular los valores
de F0 mientras la autoclave está funcionando
• Esto hace posible detener el proceso cuando se alcanza el F0 del calentamiento
Ing. Carlos Elías P. 49
Enlatados• Los procesos térmicos de los enlatados no son
instantáneos.• El producto se va calentando más lentamente que
la fuente térmica porque la transferencia de calor no es instantánea.
• Los gráficos de monitoreo de la temperatura del medio de calentamiento (temperatura de la retorta) y del producto no se sobreponen.
Ing. Carlos Elías P. 52
Equipo data tracer para el monitoreo de la Tº y el cálculo del T.T.
• Computadora• Interfase• Termocuplas
Ing. Carlos Elías P. 54
Letalidad (F0)en los Enlatados• Para resolver la integral anterior, sería necesario
que “L” esté en función del tiempo, lo que no se da.
• Por tal motivo se han creado métodos como el:• General • Ball• Stumbo• Hayakawa.
Ing. Carlos Elías P. 55
TIPOS DE CÁLCULO EN LOS PROCESOS TÉRMICOS
Tipo I.- Cálculo del F0Tipo II.-Cálculo del tiempo de procesamiento térmico.
Ing. Carlos Elías P. 57
TIPO I: CÁLCULO DEL F0
F0
Se halla el área debajo de la curva
Nota: • Obsérvese que en las abscisas
se ubica el tiempo y en las ordenadas la velocidad letal “L”
• Obsérvese que a una letalidad (F0) le corresponde un tiempo de procesamiento “TP”
Ing. Carlos Elías P. 58
TIPO II: CÁLCULO DEL TIEMPO DE PROCESAMIENTO TÉRMICO
• Asumamos que estamos procesando espárragos y los compradores en el extranjero nos piden que le apliquemos un F0= 5’
• Le hacemos un tratamiento térmico a nuestro producto y como no tenemos un equipo que monitoree el F0 en tiempo real, determinamos el F0 posteriormente al tratamiento aplicado.
Ing. Carlos Elías P. 59
…TIPO II: CÁLCULO DEL TIEMPO DE PROCESAMIENTO TÉRMICO• Encontramos que hemos aplicado un
subtratamiento (F0 = 0.5’) que le corresponde a un tiempo de procesamiento de 40’
• Aplicamos un segundo tratamiento térmico y determinamos que se ha realizado un sobretratamiento (F0=8’), que le corresponde a un tiempo de procesamiento de 72’
Ing. Carlos Elías P. 60
…TIPO II: CÁLCULO DEL TIEMPO DE PROCESAMIENTO TÉRMICO (TP)
Con los dos valores de F0 y TP:
(0.5, 40) y(8, 72)
se determina una línea recta y se ingresa con el F0 requerido.
Recuérdese que el TP es el tiempo desde cuando se abre Hasta cuando se cierra la llavede vapor
Ing. Carlos Elías P. 63
Problema 1
• Un proceso térmico consta de un calentamiento instantáneo a 138 ºC seguido de un periodo isotérmico de 4 segundos a dicha temperatura y un enfriamiento instantáneo.
• Determinar el tiempo de muerte térmica a 121 ºC si la Resistencia Térmica (Z) del microorganismo es de 8,5
Ing. Carlos Elías P. 65
Tiempo Temperaturaθ t
(S) (ºC)0 50,01 50,02 50,02 138,03 138,04 138,0
5 138,06 138,06 50,07 50,08 50,0
Ing. Carlos Elías P. 66
Ing. Carlos Elías P. 67
01223456678
1101111011
5050
138138138138138505050
4,43669E-114,43669E-11
11111
4,43669E-114,43669E-114,43669E-11
∑F0 =
4,43669E-114,43669E-11
011110
4,43669E-114,43669E-11
4
θ F t L F0 = FxL
∆θ10((1/8,5)(t-138))
Determinación de la Letalidad (F0) del Proceso.
∆t = F
• La suma de los rectángulos nos da el área total.
• El área total equivale a la Letalidad a la temperatura del proceso (138 ºC.).
• En forma simple el área total debajo de la curva es base por altura:• F0 = F x L• F138 = 4 x 1 = 4
Ing. Carlos Elías P. 68
Tiempo de Muerte Térmica en función de la Temperatura
• La Letalidad del Proceso a 138 ºC tiene un equivalente a la temperatura de 121.
• m = (lg F121- Lg F138)/( t-t0 ) • 1/8,5=(lg F121-Lg 4)/(138-121)• F121 = 400 s.
• Si se trabaja a 138 ºC la Letalidad del proceso es 4 s, pero si se baja la temperatura a 121 ºC la letalidad se incrementa a 400 s.
Ing. Carlos Elías P. 69
Problema 2θ t• En el procesamiento térmico de un
enlatado se ha monitoreado el tiempo ( θ, en segundos) y la temperatura (t, en ºC) arrojando los resultados que se muestra en la tabla adjunta.
• Por otro lado, los compradores de nuestro producto en el extranjero nos dan el sgte. dato referencial de procesamiento térmico: para lograr la muerte térmica se debe procesar a 121 ºC por 5.8 min. O hacer un termotratamiento equivalente.
• Z=11
Ing. Carlos Elías P. 71
0,8
1,8
2,8
3,8
4,8
5,8
6,8
7,8
8,8
9,8
10,8
11,8
12,8
13,8
14,8
15,8
107,0
114,8
122,4
128,7
132,9
136,3
138,3
139,4
140,0
140,0
140,0
140,0
129,2
117,3
111,0
108,0
Ing. Carlos Elías P. 73
0,8
1,8
2,8
3,8
4,8
5,8
6,8
7,8
8,8
9,8
10,8
11,8
12,8
13,8
14,8
15,8
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
107,0
114,8
122,4
128,7
132,9
136,3
138,3
139,4
140,0
140,0
140,0
140,0
129,2
117,3
111,0
108,0
0,001
0,005
0,025
0,094
0,226
0,456
0,701
0,882
1,000
1,000
1,000
1,000
0,104
0,009
0,002
0,001
θ F t L F0 = F x L
0,005
0,025
0,094
0,226
0,456
0,701
0,882
1,000
1,000
1,000
1,000
0,104
0,009
0,002
0,001
6,505
Hallando un Termotratamiento Equivalente.
Si procesamos nuestro alimento a 140 ºC la letalidad será de 6.506 s pero si procesamos a 121 ºC a qué letalidad equivaldrá?Para resolver esto podemos utilizar dos fórmulas que son equivalentes:
a. Utilizar la fórmula: F0 = F x 10 m ( t- to)
b. Utilizar la fórmula m = (LgF0 - LgF) / (t - t0)
Ing. Carlos Elías P. 75
a. Utilizando la fórmula:F0 = F x 10 m ( t- to)
• F121 11 = F 140 11 x 10 (140 - 121) / 11
= 6,505 x 53,4 = 347,37 S= 5,8 min.
• Por lo que nuestro proceso es equivalente al recomendado (referencia).
Ing. Carlos Elías P. 76
t F Lg F
(ºC) (S) (S)
Ing. Carlos Elías P. 78Ing. Carlos Elías P. 78
to = 121 F0 Lg F0
t = 140 6,506 0,81331
1,7273 = (Lg F0 - 0,81331)
Lg F0 = 1.7273 + 0.81331= 2.5406
F0 = 10 2.5406
F0 = 347.2162 s
Fo = 5.8 minm = (Lg F0 -Lg F) / ( t - t0)
1 / 11 = (Lg F0 - 0,81331) / (140 - 121)
Cálculo del tratamiento térmico en la pasteurización
Los cálculos del tratamiento termico que se realizan en la pasteurización son muy semejantes a los que se realizan en la esterilizaciónEn la esterilización se hable de FoEn la pasteurización se habla de Po (valor de pasteurización)Po = P x L
P = minutosL = velocidad letal
El Po también se puede hallar conociendo el número de reducciones decimales “n” y D
Po = n x D Po = valor de pasteurización
n = número de reducciones decimalesD = tiempo de reducción decimal (2.95)
80Ing. Carlos Elías P.
Cálculos para la pasteurización de jamón
Pongamos un ejemplo para pasteurizar jamón
En el jamón se considera como m.o. de referenciaal Streptococcus D, con Z = 10 º C , D70ºC = 2.95 min y T ° referencia (Streptococcus D) = 70 º CLa velocidad letal se calculará por la sgte. Fórmula:
L = 10 (1 /Z) (t-70)
Tiempo de reducción decimal (D) del Streptococcus D
D 70 °C = 2.95 min
T const = 70 °C
82Ing. Carlos Elías P.
Cálculo del Po
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.8 1.8 2.8 3.8 4 .8 5.8 6.8 7.8 8.8 9.8 10.8 11.8 12.8 13.8 14.8 15.8
" t"
L
Po
P0 = área bajo la curva(P0)total = Σ (P0)parcial
85Ing. Carlos Elías P.
Elementos de para el almacenamiento y procesamiento de datos a tiempo no real
Elementos:• Termocuplas• Interfase• Computadora
86Ing. Carlos Elías P.
3. Registradores de temperatura alámbricosEl procesamiento de datos se hace a tiempo realSe registran los datos del proceso directamente en una computadoraSe usa una interfasePor ser a tiempo real se puede detener el proceso cuando se proyecta llegar al Fo deseado, calculando el efecto térmico del enfriamiento
87Ing. Carlos Elías P.