TRATAMIENTO TERMICO

PRINCIPIOS GENERALES

Profesor: Ing. Gustavo Castro Morales

ESCUELA DE NUTRICION - UNFV

TRANSFERENCIA DE CALOR

• La transferencia de calor en los alimentos puede efectuarse por tres mecanismos: por radiación, por conducción y por convección .La radiación consiste en la transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas (por ejemplo: en el horno eléctrico). La conducción es un tipo de transporte de calor que tiene lugar en los sólidos y que se produce por transmisión directa de la energía molecular (por ejemplo: a través de recipientes metálicos o en alimentos sólidos expuestos a una fuente calorífica).

Continúa• La convección consiste en la transferencia de

calor por grupos de moléculas que se mueven por diferencia de densidad (por ejemplo: en el aire caliente) o por agitación (por ejemplo: en líquidos sometidos a agitación). En la mayor parte de los casos la transferencia de calor se produce simultáneamente por los tres mecanismos, si bien alguno de ellos suele predominar sobre los demás.

Continúa….

• La transferencia de calor , en la mayor parte de las operaciones que tienen lugar durante la elaboración de alimentos, la temperatura de estos y/o el medio de calentamiento o enfriamiento cambian constantemente, por lo que el mecanismo de transferencia de calor más corriente es en ellos el de estado no estacionario. En estas condiciones los cálculos a efectuar son extremadamente complicados, pero pueden simplificarse si se asumen algunos extremos, y en algunos casos, mediante la utilización de ábacos o gráficos que proporcionan cifras aproximadas

CONDUCCIÓN• La velocidad con la que el calor se

transfiere por conducción viene determinada por la diferencia de temperatura entre el alimento y el medio de calentamiento o enfriamiento y la resistencia global a la transferencia de calor. La resistencia se expresa como la conductividad del material o, de forma más práctica, como su inverso, al que se le denomina conductividad térmica.

Continúa…

• La temperatura en un determinado punto de un alimento durante el procesado depende de la duración del calentamiento o enfriamiento y de la posición que ocupa en el alimento en cuestión, ya que este varía continuamente.

• Los factores que determinan la velocidad a la que la temperatura cambia son:

• La temperatura media de calentamiento.• La conductividad térmica del alimento.• El calor especifico.

CONVECCIÓN• Cuando en un fluido (líquido ó aire) se produce un cambio

de temperatura las variaciones que ello provoca en su densidad desencadenan corrientes de convección natural. Ejemplos de este fenómeno son: la circulación natural que se produce en los evaporadores, el movimiento del aire en los congeladores de cajón y el movimiento de los líquidos durante el calentamiento. La convección forzada se produce cuando el fluido se agita mediante un ventilador u otro sistema de agitación. La agitación provoca velocidades de transferencia de calor más elevadas y una distribución más rápida de la temperatura, por lo que la convección forzada es el sistema normalmente empleado en el procesado de alimentos.

ASPECTOS MICROBIOLOGICOS

Principales organismos productores de alteraciones en los alimentos:

• La alteración microbiana de los alimentos preservados por calor, se debe a la actividad de microorganismos que sobreviven o aquellos que llegan a él después de éste, a través de suturas con fugas o recontaminación. En un alimento sometido a tratamiento de preservación es posible predecir el tipo de microorganismo contaminante si se conocen las condiciones de éste y la naturaleza del alimento. Esto es posible gracias al conocimiento de la resistencia al calor, las actividades biológicas y otras características de los distintos tipos de organismos que se desarrollan en los productos naturales. En el caso que exista alteración por recontaminación, es generalmente imposible predecir el tipo de infección, debido a que la fuente de contaminación de la cual derivan los microorganismos es muy variada.

Clasificación de los alimentos sobre la base de su acidez:

• Alimentos alcalinos: Son todos aquellos de pH > 7.0. En general son pocos, se encuentran galletas de soda, productos de pastelería, productos marinos añejos, huevos viejos, aquellos con alta concentración de proteínas en el inicio de la fase de putrefacción.

Continúa…• Alimentos bajos en acidez: Son aquellos que tienen un pH

cercano al neutro, 5.0 < pH < 6.8, se les puede llamar alimentos no ácidos, en este grupo se encuentran las carnes en general, pescados, productos lácteos y algunas hortalizas, frescos. Dentro de este grupo se encuentran también los alimentos medio-ácidos (4.5 < pH < 5.0), aquellos productos de sopa y espagueti, como también higos y pimentón. Los alimentos con pH superiores a 4.5 requieren un tratamiento térmico severo, debido a que a este valor de pH se produce el crecimiento de un gran envenenador de alimentos como es el Clostridium Botulinum. Todos los alimentos capaces de contener este microorganismo, son procesados asumiendo que éste está presente y debe ser destruido.

Continúa…..

• Alimentos ácidos: Son aquellos entre 3.7 < pH < 4.5, se encuentra en esta clasificación las frutas tales como naranjas, peras, tomates, duraznos, etc.

• Alimentos altos en acidez: Son aquellos que se encuentra en rango de 2.3 < pH < 3.7. tenemos dentro de este grupo: berries, alimentos fermentados, pickles, chucrut, algunas carnes, yogurt, productos encurtidos, en general todos los productos que han sido tratados por fermentación ácida, láctica o acética. Existe también la clasificación de los alimentos de alta acidez que contienen sólidos en suspensión como es el caso de mermeladas y jaleas.

Clasificación propuesta por Cameron & Esty en 1940:

• Alimentos de baja acidez : pH > 5.0• Alimentos medio ácidos : 4.5 < pH < 5.0• Alimentos ácidos : 3.7 < pH < 4.5• Alimentos de alta acidez : pH < 3.7

Clasificación de los alimentos según su acidez (Cameron y Esty, 1940) y grupos de microorganismos

causantes de alteraciones en alimentos enlatados.

Continúa….• La principal demarcación de los alimentos se encuentra

entre los grupos medio ácidos o de baja acidez y ácidos de acuerdo a la clasificación, es decir, a pH 4.5. Por debajo de este punto se considera que no ocurre el crecimiento de Cl. Botulinum, el más termorresistente de los microorganismos que intoxican los alimentos. Aquellos alimentos con pH por encima de 4.5 necesitan tratamiento térmico severo, ya que la forma vegetativa del Cl. Botulinum produce una exotoxina en el alimento causante de botulismo, una enfermedad que puede ser mortal para algunas personas y que produce alteraciones en el consumidor como: dificultad para respirar, para hablar, para tragar, problemas en el sistema nervioso y parálisis en las extremidades, y la muerte se produce generalmente por parálisis de los músculos respiratorios y asfixia.

Organismos comunes causantes de la descomposición de los alimentos:

TERMOBACTEREOLOGIA

• El objetivo de realizar tratamiento térmico en Alimentos, es asegurar la destrucción de los microorganismos capaces de producir alteración o deterioro, perjudicando la salud de los consumidores. Es necesario ajustar el tratamiento térmico a aplicar, con el fin de conservar las características organolépticas y nutritivas de los alimentos, ya que un proceso perfectamente adecuado desde el punto de vista culinario, puede no bastar para la eliminación de los organismos productores de alteraciones alimentarias

Para la aplicación de un tratamiento térmico se deben considerar los siguientes factores:

• La termorresistencia de los microorganismos contaminantes.

• La naturaleza química y física del contenido del envase.

• La velocidad de penetración de calor hasta alcanzar el punto de calentamiento más tardío del envase.

Microorganismos esporulados termorresistentes:

• Existen dos géneros importantes de bacterias que producen esporas, el género Bacillus que es aerobio y el género Clostridium que es anaerobio.

• El mecanismo por el cual el calor destruye los microorganismos no está totalmente claro. Algunos autores piensan que la muerte se debe a la coagulación de sus proteínas, mientras que otros sostienen que es provocada por la inactivación de las enzimas bacterianas. Sin embargo, una de las teorías más aceptadas dice que la pérdida del poder de reproducción de las bacterias al ser sometidas a calentamiento, se debe a la desnaturalización de un gen esencial para la reproducción.

FACTORES QUE AFECTAN LA TERMODESTRUCION DE LAS ESPORAS

• La resistencia de las esporas se ve influida por una serie de factores, entre los cuales se mencionan:

• 1. Contaminación inicial: Debido al orden logarítmico de la destrucción bacteriana se puede deducir que cuanto más alto sea el número inicial de microorganismos, mayor será el tiempo necesario para lograr su destrucción.

• Ello es sumamente importante en la fabricación de conservas, ya que cualquier incremento que se manifiesta en la contaminación inicial de la materia prima o de la fábrica, es suficiente para inutilizar procesos que han dado buenos resultados durante años.

Continúa….

• Edad de los microorganismos: Aunque los resultados que relacionan la termodestrucción con la edad de los microorganismos, presentan cierto grado de disparidad, es evidente que la resistencia al calor varía con la edad. Por ejemplo, la resistencia del Cl. Botulinum, se presenta en las esporas jóvenes entre los ocho y cuatro días de incubación.

Continúa….• Influencia del medio ambiente: el medio ambiente en

que se producen las esporas influye considerablemente en su resistencia térmica.

• Las esporas desarrolladas en carnes pasteurizadas o esterilizadas, son por término medio bastante más resistentes que las desarrolladas en carnes crudas.

• La presencia de ácidos grasos, particularmente los de cadena larga, también tienden a aumentar considerablemente la termorresistencia.

• Otro factor importante es la temperatura a la que los microorganismos producen las esporas. En este sentido, es posible observar que las esporas del Cl. Botulinum formadas a 37°C, son más termorresistentes que las desarrolladas a 24 o 28°C.

Continúa…..

• Acción del pH: La concentración de iones H+ del medio en que se calientan las esporas afecta considerablemente su termorresistencia. La mayoría de los esporulados presentan generalmente su máxima resistencia a pH neutro, de tal modo que entre pH 6.8 y 5.2 no se observa diferencia apreciable en la resistencia al calor de las esporas del Cl.botulinum. Sin embargo bajo un pH 5.2 la resistencia al calor disminuye considerablemente.

Continúa…• Influencia de los aditivos:• Azúcar: los azúcares presentan en general cierto grado de protección

del calor de las esporas. Se requieren mayores tiempos de calentamiento a medida que aumenta la concentración de azúcar. Parece ser que el azúcar no se disuelve totalmente en el producto, aunque se distribuye homogéneamente a través de él, formando una capa de jarabe denso que protege a los microorganismos de la acción del calor.

• Sales inorgánicas: con respecto a los efectos de al sal común (Cloruro de sodio) sobre la resistencia al calor de los microorganismos, existen variadas opiniones. Se cree que los efectos son variables, dependiendo de la concentración de microorganismos en cuestión. Sin embargo, se puede afirmar que concentraciones bajas de sal (2.5% o menos) los protegen, mientras que a concentraciones mayores disminuyen la termorresistencia.

• Materiales proteicos: en general, éstos en las esporas favorecen cierta protección al calor.

EFECTOS DE LAS TEMPERATURAS ELEVADAS

• Las temperaturas por encima de aquellas a las que los microorganismos crecen producen inevitablemente su muerte o les provocan lesiones subletales. Las exposiciones moderadas (temperatura / tiempo) producen efectos subletales. Las células lesionadas pueden permanecer viables, pero son incapaces de multiplicarse hasta que la lesión no se haya reparado. Exposiciones más drásticas provocan en las poblaciones homogéneas un progresivo y ordenado descenso de sus tasas debido a la muerte de un número de células tanto más elevado cuanto más prolongado sea el tiempo de exposición. Aunque se hayan observado excepciones, está perfectamente establecido que el orden de la termodestrucción es esencialmente logarítmico (Pflug y Schmidt, 1968; Brown y Melling, 1971; Stumbo, 1973), lo que permite desarrollar combinaciones de tiempo y temperatura que aseguren con precisión un determinado efecto destructivo.

PROCESOS TERMICOS

PROCESOS TÉRMICOS EMPLEADOS EN LOS ALIMENTOS

• Cocción• Escaldado• Pasteurización• Esterilización comercial

Cocción• La preparación culinaria debe ser el mayor

apoyo de la nutrición, puesto que los alimentos mal presentados y preparados tienen pocas posibilidades de ser aceptados y consumidos, aunque sean excelentes fuentes de nutrientes.

MÉTODOS DE COCCIÓN - COCINADO

• Cocer un alimento es exponerlo al calor, para modificar su aspecto, color, textura, composición química y hacerlo más apetitoso, mas digestivo y más SANO por la destrucción de microorganismos.

Modificaciones físico-químicas aportadas por la cocción:

• La cocción aporta una garantía sanitaria. A partir de los 60°C – 67°C, la cocción permite destruir progresivamente los microorganismos dañinos.

• La cocción modifica la composición química de los nutrientes, haciéndolos más digeribles.

• La cocción facilita el desplazamiento de ciertos compuestos químicos desde el interior hacia el exterior (cocción por expansión) y viceversa (cocción por concentración).

CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE COCCIÓN

• Por concentración• Por expansión• Mixto

MÉTODOS POR CONCENTRACIÓN – CALOR SECO

• Se define como concentración a los procesos mediante los cuales, a través del calor directo se forma una costra en la superficie de los alimentos que evita la pérdida del agua o jugos propios de él. Luego, gradualmente la temperatura irá penetrando hacia el núcleo hasta que alcance el punto de cocción deseado. Se cocina en ausencia de liquido.

MÉTODOS POR CONCENTRACIÓN – CALOR HUMEDO

• La expansión se refiere al traspaso de elementos de sabor y aroma de los alimentos, a la salsa en que se cocinan y viceversa. Se cocona en un medio húmedo o convectivo.

CLASIFICACIÓN DE LOS METODOS DE COCCIÓN

Cocción• Efectos de los métodos de cocción:• Ablandan la celulosa y el colágeno• Coagulan las proteinas• Gelatinizan los alimidones• Disuelven los minerales y azúcares

ESCALDADO

Escaldado

• Consiste en la inmersión de los productos en agua caliente entre 85 y 100 °C, o rodeándolos de vapor vivo.

• Funciones: inhibir enzimas, remover gases, ablandar tejidos, resaltar el color, facilitar operaciones mecánicas (pelado, corte, etc.), remover sabores no deseados, limpiar el producto.

Escaldado

• El escaldado se realiza en dos tipos de sistemas:

• A) Por Inmersión o transporte• B) Hidráulico

PASTEURIZACION

Pasteurización

• Es un proceso que consiste en mantener un alimento a una temperatura dada por un tiempo determinado, matando a los microorganismos patógenos, pero no a sus esporas.

• Se logra una inhibición de las principales enzimas del deterioro.

La pasteurización es un proceso térmico que “mata” parte, aunque no todas las células vegetativas de los microorganismos en los alimentos y es usada por consecuencia para aquellos alimentos que son procesados nuevamente o que serán guardados bajo condiciones que minimicen el crecimiento microbiano.En el caso de la leche, la pasteurización se emplea para matar los microorganismos patógenos.Puesto que algunas formas vegativas y esporas de organismos putrefactores pueden sobrevivir al tratamiento térmico, es necesario mantener refrigerada la leche pasteurizada para obtener la vida de anaquel deseada. Por esto, el propósito de la pasteurización, además de la destrucción de patógenos, es extender la vida útil de anaquel del producto, con una mínima alteración en las características físicas y en el aroma.Generalmente es más satisfactorio para la leche el empleo del proceso alta temperatura-corto tiempo (73°C por 15 segundos), que el tratamiento a baja temperatura con tiempo prolongado (62°C por 30 minutos), dado que el HTST origina habitualmente una destrucción menor de los nutrientes y cambios sensoriales mucho menores. Para la leche a la venta, las condiciones y requisitos en su pasteurización están basados en la destrucción térmica de la Coxiella burnetti, que es el organismo ricketsia responsable de la fiebre Q.

DEFINICIÓN PASTEURIZACIÓN

Es el proceso de calentamiento de TODAS LAS PARTICULAS de la leche y de los productos lácteos, a la TEMPERATURA mínima necesaria (para cada leche específicamente o producto lácteo), sosteniéndola continuamente por el TIEMPO MINIMO necesario, en el equipo que ha sido DISEÑADO ADECUADAMENTE y que sea OPERADO EFICIENTEMENTE

También se ha descrito a la pasteurización como un tratamiento o proceso térmico empleado para matar parte, aunque no la totalidad de las formas vegetativas de los microorganismos presentes en el alimento.

• En general podemos decir que la pasteurización comprende una exposición suficiente en tiempo/temperatura para destruir o frenar el crecimiento de microorganismos, patogenos, putrefactivos, inhibiendo la actividad enzimática, matando las bacterias productoras de enfermedades y reteniendo aún las propiedades deseadas en el producto.

PASTEURIZACION LTLT• La pasterización baja (63° durante 30 minutos) ha sido muy

empleada en América; el tratamiento es suave, da origen a pocas modificaciones; en particular el color y el sabor permanecen inva riables y la separación de la crema no se retrasa. Este procedimiento exige una instalación de capacidad voluminosa y puede provocar la multiplicación de las bacterias termófilas; en efecto, si no se toman precauciones especiales la leche pasterizada se enriquece en gérme nes a medida que el trabajo progresa. Solamente pueden tratarse leches con escasa carga bacteriana. Por otro lado, es necesario evitar la formación de espuma, que favorece la supervivencia de los gér menes termorresistentes; la temperatura de la espuma es siempre un poco más baja que en la leche.

PASTEURIZACION HTST• El tratamiento térmico de saneamiento, que consiste en una

pasterización en la que los valores tiempo/temperatura oscilan entre 15-30 segundos y 72-75 °C. La verificación de este tipo de tratamiento se realiza, como con la leche acondicionada, analizando la fosfatasa (que debe resultar destruida). Además, en el caso de la leche pasterizada de alta calidad, la enzima peroxidasa no debe ser destruido, por 10 que en consecuencia constituye una característica de este tratamiento y su análisis debe dar resultados positivos.

• La calidad de la leche de partida está prefijada (menos de 500.000 gérmenes/ml)

• Este tipo de leche se conoce como leche pasteurizada de alta calidad.

• El tiempo de vida útil almacenada entre 4°C – 5°C es de 7 días como máximo.

•

CONDICIONES DE LA PASTEURIZACION LECHE

• Leches NO ácidas.• Leche NO muy contaminadas por gérmenes

termoresistentes.• Leches estables físico-químicamente al

tratamiento térmico.

OBJETIVOS DE LA PASTEURIZACION

• Destrucción de todos los gérmenes patógenos para el hombre, este es el punto de vista higiénico.

• Reducción de la flora banal al nivel lo más bajo posible, con el fin de mejorar la “calidad de conservación” este es el punto de vista económico y comercial.

• Conservación de la calidad sensorial

“Maximizar los efectos deseables y minimizar los indeseables”

Pasteurización

• Procesos: • Temperatura baja, tiempo largo: 63 ºC x 30

min.• Temperatura alta, tiempo corto: 72 ºC x 16

seg.• Temperatura ultra alta: 135 -150 ºC x

2 -8 seg.

Pasteurización de la leche

Método• LTLT• HTST• HTST • HTST• HTST• HTST• HTST

Tiempo/Temp (°C)• 30 min @ 62.8• 15 sec @71.7• 1.0 sec @88.3• 0.5 sec @ 90.0• .01 sec @ 94• 0.05 sec @ 95.5• 0.01 sec @ 100

ESTERILIZACIÓN COMERCIAL

ESTERILIZACIÓN• Implica la “destrucción” de todos los

microorganismos viables que pueden ser contados por una técnica de recuento o cultivo. Puede darse el caso de ser detectados organismos no viables por método de cultivo ordinario, o que el número de sobrevivientes sea tan escaso que no es significativo en las condiciones de enlatado y conservación normales. Los microorganismos, aunque pueden estar presentes en alimentos enlatados, no pueden crecer en el producto a causa de un pH o temperaturas de conservación inadecuadas.

Continúa…• Comparada con la pasteurización, la

esterilización produce alimentos con tiempos de vida muy superiores, que llegan a muchos meses e incluso a años. Por otra parte, la calidad organoléptica de los productos esterilizados es peor. En muchas ocasiones el empleo de condiciones de esterilización produce graves deterioros y pérdidas de nutrientes, si no se es muy cuidadoso.

Continúa…• Sin embargo, hay que resaltar que el diseño

de la esterilización presenta características diferenciadas de la pasteurización. No es simplemente calentar más y más tiempo, sino además preservar los nutrientes y resolver los problemas de transmisión del calor derivados de los calentamientos rápidos e intensos que requiere la operación.

Esterilidad Comercial (FDA) o Estabilidad en Anaquel (USDA)

• La condición lograda por la aplicación de calor y/o el uso de ingredientes (conservadores) u otros tratamientos que logran un producto libre de microorganismos (incluyendo aquellos que representan un riesgo a la salud - FDA) capaces de reproducirse en el alimento bajo condiciones normales de almacenamiento y distribución en ausencia de refrigeración.

Equipo para Procesar en vapor a presión en Autoclaves Estacionarias

MANEJO DE AUTOCLAVE• Introducir el material que se va a esterilizar procurando

que quede bien colocado para evitar algún problema y cerrar la puerta ajustándola bien. Debe de quedar herméticamente cerrado.

• Abrir la válvula de salida de vapor y encender la fuente de calor de la autoclave.

• A medida que suba la temperatura del agua (ver el termómetro), empezará a salir una mezcla de vapor-aire por la válvula de salida de vapor, dejar que escape esta mezcla hasta que solo salga un flujo continuo de vapor y el aire haya sido eliminado; a esta operación se le llama purgar el autoclave.

Continúa…• Una vez purgado el autoclave, cerrar la válvula

de salida de vapor y dejar que la presión suba hasta 15 libras por pulgada cuadrada (vigilar el manómetro), que proporciona una temperatura de 121 °C. Observar que no es la presión de la autoclave lo que mata a los microorganismos sino la elevada temperatura que puede alcanzarse cuando el vapor de agua se somete a presión.

Continúa…• En ese momento empezar a contar el

tiempo.• Transcurridos 15 minutos a 15 libras de

presión, apagar la fuente de calor y dejar que la autoclave se enfríe sólo (abrir ligeramente la válvula de salida de vapor), hasta que la presión haya bajado a 0 libras.

• Abrir la autoclave y sacar el material.

GRACIAS….