Los tratados de libre comercio con los Estados Unidos, Canadá, Comunidad Económica Europea, China, que tiene el Perú o ad portas de ser firmados,

Transcripción

1 I.- INTRODUCCIÓN La aplicación de algún tipo de tratamiento térmico a un alimento tiene como finalidad la destrucción de la carga microbiana que ocasione el deterioro en su calidad física, química o biológica, o que origine algún tipo de perjuicio en la salud del consumidor. Cada microrganismo tiene su propia resistencia al calor, y en función de dicha potencial carga y a las características del alimento se aplica un determinado tratamiento térmico; sin embargo, éste tiene que ser específico para así evitar efectos negativos que puede ocasionarle alteraciones físico, químicas o biológicas debido a un sobre tratamiento o permitir la sobrevivencia de alguna forma de vida que ocasione problemas en la salud del consumidor, debido a un sub tratamiento de calor. Toda aplicación de un determinado tratamiento térmico es consecuencia del conocimiento de un conjunto de factores, entre los que podemos citar a: La termo resistencia de la carga microbiana nativa presente en el alimento, La naturaleza, estado, presentación y tipo de alimento, El conocimiento de las propiedades asociadas a la conductividad del calor, las alteraciones por calor, la velocidad de transmisión de calor, etc. El tratamiento térmico, ocasiona no solo la destrucción de los microrganismos o la desnaturalización de sus enzimas, sino también la de sus componentes nutricionales; sin embargo, tiene muchas ventajas entre las que citamos: a) Permite controlar de forma muy exacta, la duración y la temperatura aplicada al producto. b) Permite la destrucción de componentes anti nutricionales, presentes en el alimento; es decir, componentes del propio alimento que disminuyen la disponibilidad de algunos de sus nutrientes. El tratamiento térmico a alta temperatura, aplicado a los alimentos, se clasifica en: escaldado, pasteurización y esterilización. El escaldado, se realiza con 1

2 vapor de agua o con agua caliente a una temperatura de 85 a 95 ºC por 3 o 5 minutos. Se aplica a frutas y verduras ( termolábiles), y tiene como objetivo facilitar procesos posteriores como los originados por la eliminación de gases presentes en la estructura porosa del tejido vegetal que permite realizar un adecuado vacío en una conserva, evitar la oxidación del producto, fijar la pigmentación natural del alimento o eliminar las enzimas. La pasteurización se aplica, especialmente, a alimentos termolábiles con temperaturas que no sobrepasan los 100 ºC y con tiempos más prolongados que en el escaldado. El objetivo principal de este proceso es la reducción de la en fase vegetativa, productores de enfermedades o la destrucción o reducción del número de organismos productores de alteraciones en ciertos alimentos, como son los de acidez alta (con un ph menor de 4,6). En estos alimentos sólo se desarrollan microrganismos que alteran el alimento pero no son patógenos para el hombre. La esterilización, es un proceso en donde se aplican temperaturas superiores a 100 C, en el orden de los 115 a 121 ºC por tiempos variados y su objetivo es la destrucción de todos los organismos viables que puedan ser contados por una técnica de recuento o cultivo adecuados y sus esporas, así como los que pueden deteriorar al alimento, proporcionando una vida útil superior a los 6 meses. Existen técnicas de esterilización denominada HTST (High Temperature Short Time), entre las cuales podemos indicar a la UHT (Temperatura Ultra Alta). La velocidad de penetración del calor en un alimento, influye en el tiempo de tratamiento y se define como la cantidad de calor transferida por unidad de tiempo. Las operaciones de proceso como el escaldado, la pasteurización y la esterilización se basan en la transferencia de calor sensible. 1 Los tratados de libre comercio con los Estados Unidos, Canadá, Comunidad Económica Europea, China, que tiene el Perú o ad portas de ser firmados, 1 Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, vol. 1,

3 ocasiona que las empresas que exporten sus productos a los indicados países tienen que necesariamente mejorar e implementar, en sus productos y procesos, las herramientas que le garanticen su aceptabilidad. Uno de los principales problemas a solucionar es la determinación de las curvas de penetración de calor, para cada tipo de alimento que se exporte. Es decir se tendrá que determinar y presentar la curva TDT (Thermal Death Time) y su correspondiente Fo para cada producto. Uno de los problemas comúnmente observados en las empresas dedicadas al procesamiento de alimentos es la aplicación de temperatura y tiempos de proceso iguales para diferentes alimentos que tienen como única similitud el tamaño de sus envases. Sin embargo, ello no garantiza que el tratamiento térmico al que fue procesado el alimento sea el apropiado considerando que cada producto es diferente uno del otro debido a las características químicas de ellos o a la utilización de diferentes líquidos de cobertura. El problema planteado en la presente investigación es: En que medida la determinación de la curva de penetración de calor para alimentos, de baja acidez y acidificados, sometidos a tratamientos térmicos de pasteurización y esterilización, en base a su F o determinado permitirá obtener un producto que no tenga un sub ni sobre tratamiento térmico? OBJETIVO GENERAL Determinar las curvas de penetración de calor en alimentos, de baja acidez y acidificados, sometidos a tratamientos térmicos de pasteurización y esterilización, de manera que con su valor Fo determinado permita obtener un producto que no tenga un sub ni sobre tratamiento térmico OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) Determinar la curva de penetración de calor en un alimento de baja acidez, sometido a pasteurización, cuyo valor de Fo sea igual al requerido por la normatividad vigente. 3

4 b) Establecer la curva de penetración de calor en un alimento de baja acidez, sometido a esterilización, cuyo valor de Fo sea igual al requerido por la normatividad vigente. c) Precisar la curva de penetración de calor en un alimento acidificado, sometido a esterilización, cuyo valor de Fo sea igual al requerido por la normatividad vigente IMPORTANCIA El estudio sobre la determinación de la curva de penetración en alimentos es importante: a) Porque, permitió obtener las curvas de penetración de calor diferenciadas para alimentos de baja acidez y acidificados, sometidos a tratamientos térmicos de pasteurización y esterilización. b) Porque, permitió obtener los valores de Fo para los alimentos de baja acidez y acidificados, sometidos a tratamientos térmicos de pasteurización y esterilización. c) Porque, las curvas de penetración de calor beneficiaran a: a. El consumidor de alimentos procesados que tendrá la garantía que los productos que compra e insume tienen la garantía de la inocuidad y calidad nutricional de los mismos. b. El empresario agroindustrial que tendrá el respaldo profesional y técnico para la comercialización de sus productos. c. Los profesionales en el procesamiento de alimentos que podrán utilizar los valores de temperatura y tiempos para cada producto de manera específica. d) Porque, permitió diferenciar los tratamientos de conservación de alimentos a temperaturas altas que se dan para cada tipo de alimento, eliminando la generalización que ahora es tan utilizada JUSTIFICACIÓN Las razones que motivaron la realización del presente estudio son: a) Porque, los tratamientos térmicos empleados, por las pequeñas y medianas empresas agroindustriales, para la conservación de los 4

5 alimentos de baja acidez y acidificados, no garantizan que la temperatura o tiempos de proceso sean los apropiados para garantizar la calidad nutricional e inocuidad del producto. b) Porque, existe contradicción entre los tiempos de tratamiento térmico y las velocidades de penetración de calor, en alimentos de diferente naturaleza o tipo. c) Porque, se utilizan los mismos tratamientos térmicos en el proceso de alimentos de baja acidez y acidificados, que tiene diferente presentación, en su líquido de gobierno. d) Porque los resultados que se obtengan del presente estudio permitirán reorientar las políticas existentes, en el sector industrial, respecto al procesamiento térmico de los alimentos de baja acidez y acidificados ANTECEDENTES El estudio de las curvas de penetración de calor se inicio en los primeros años del siglo XX por investigadores que evaluaron a los microrganismos que ocasionaban el deterioro y descomposición de los alimentos; entre ellos podemos citar los trabajos de Bigelow (1920), que sirvieron de base para desarrollar un método gráfico de calculo. Ball (1923), propuso un método analítico que no requiere de procesos de experimentación. Posteriormente, los trabajos de Stumbo, Olson y Steven permitieron el desarrollo de los procesos de esterilización y de la cinética. En la industria de los alimentos tratados térmicamente a temperaturas altas, sea por pasteurización o esterilización, los estudios de penetración de calor se realizan mediante tres (03) métodos: a) El método de integración gráfica de Bigellow, b) El método analítico de Ball, y c) El método de Patashnik. 2 2 Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1,

6 II.- MARCO TEORICO El tratamiento térmico de los alimentos El tratamiento térmico de alimentos a temperaturas altas es uno de los procesos más efectivos para la conservación de alimentos y es el mas ampliamente utilizado para atender la creciente demanda de alimentos a nivel mundial. El tratamiento térmico en la industria involucra el uso de altas temperaturas por períodos de tiempo cortos, para asegurar la inocuidad del alimento; sin embargo, las indicadas condiciones de proceso representan gastos excesivos de energía y además pueden afectar negativamente la calidad nutricional y sensorial de los productos procesados. Por ello, y con el objeto de reducir los costos energéticos del proceso térmico y mejorar la calidad de los productos, durante las dos últimas décadas del siglo XX y los primeros años del presente, se han incrementado los estudios sobre el análisis de los fenómenos de transporte que se presentan durante el tratamiento térmico de los alimentos, así como el desarrollo de sistemas de simulación de procesos que faciliten el entendimiento del efecto de los variables sobre dichos fenómenos y la efectividad del tratamiento. Uno de los problemas fundamentales para analizar el fenómeno de transferencia de calor en alimentos líquidos, semilíquidos o mezclas de sólidos y líquidos, es el entendimiento de los fenómenos convectivos, de masa y calor, que se presentan dentro del producto y que afectan de manera importante la efectividad del proceso. El calor puede ser clasificado en calor húmedo o calor seco, dependiendo del medio utilizado para su transmisión, en el caso de que sea un gas como el aire, se denomina calor seco y cuando el medio de transformación es el agua, en forma de vapor, se dice que el calor es húmedo. La importancia de esta clasificación radica, en que los efectos de cada tipo de calor en los 6

7 microorganismos son diferentes. En el caso de calor seco la destrucción del microorganismo es debida a una oxidación de sus proteínas y en el calor húmedo es debido a su coagulación. A un mismo nivel temperatura el daño causado por el calor húmedo sobre los microorganismos, es mucho mayor que el calor seco. El tratamiento térmico de un alimento depende de: La termo-resistencia de los microrganismos y enzimas presentes en el alimento La carga microbiana inicial que contenga el alimento antes de su procesado El ph del alimento El estado físico del alimento. El tratamiento térmico debe ser realizado de manera que permita la comercialización del producto, sin peligro de que ocurra un deterioro por microorganismos. Por otro lado, un tratamiento térmico no debe ser excesivo, pues puede causar alteraciones físicas y pérdida importante del valor nutritivo en el alimento. Los principales objetivos de la aplicación de un tratamiento térmico a un alimento son: Destruir los microrganismos que puedan afectar a la salud del consumidor Destruir los microrganismos que puedan alterar el alimento Inactivar alas enzimas presentes en el alimento, y Optimizar la retención de factores de calidad a un costo mínimo Los mecanismos de transferencia de calor Los principales tipos o mecanismos distintos de transferencia del calor son: conducción, convección y radiación, de los cuales sólo el primero y el último son 7

8 realmente mecanismos puros. El segundo es consecuencia de la combinación de los otros dos en el seno de fluidos en movimiento, implicando por esta razón el transporte de materia además del de energía 3. La velocidad de transmisión de calor mediante el mecanismo de conducción obedece a la Ley de Fourier, que establece que el caudal de calor por unidad de área es directamente proporcional al gradiente de temperatura a través de una pared plana de un sólido cuyas caras se encuentran a distinta temperatura, por la conductividad térmica del material. La convección se presenta en alimentos fluidos, no pastosos, que no presentan cambios importantes en viscosidad durante el tratamiento, y en general está ligada a velocidades de calentamiento rápido y tiempos reducidos para elevar la temperatura del producto 4. El mecanismo de transmisión del calor por radiación, se basa en la propiedad que tienen los cuerpos de emitir ondas electromagnéticas desde su superficie en un amplio intervalo de longitudes de onda. Al incidir un determinado flujo de radiación (I I ) sobre un cuerpo, parte puede ser reflejado (I R ), parte puede ser transmitido a través de él (I T ) y el resto puede ser absorbido por el cuerpo (I A ) y convertido en energía interna aumentando su temperatura (T A ) 5. Es necesario indicar, que para objetivizar mejor el estudio de la transmisión de calor se separan los mecanismos de conducción, convección y de radiación; sin embargo, en la industria los procesos de transmisión de calor se realizan en etapas secuenciales o en paralelo, y frecuentemente se visualizan dos o tres mecanismos de transmisión de manera simultánea o en paralelo. Así podemos observar en el caso de un horno, la transmisión de calor se realiza: a) Por convección: en la atmósfera gaseosa en el interior del horno, b) Por radiación: entre la masa gaseosa del horno, el producto que se 3 Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1, Rao y Anantheswaran Convective heat transfer to fluid in cans, Advances in Food Research, 1988, vol. 32, pp Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1,

9 esta horneando y las paredes del propio horno, c) Por conducción y convección: en el interior del producto que se hornea, d) Por conducción: entre la pared interna, los aislantes y la capa externa del horno, e) Por radiación: entre la pared exterior del horno y el medio ambiente, y f) Por convección: en el aire exterior del horno. La transferencia de calor se define como la transmisión de energía desde una región a otra debido al gradiente térmico que existe entre ellas. Esta transferencia es considerada una parte importante en la mayoría de los procesos en la industria química y de alimentos. Como es bien sabido el calor se transfiere por conducción, convección y radiación. Los dos primeros mecanismos son los que participan fundamentalmente en la esterilización de alimentos envasados 6. La transmisión por conducción se manifiesta como intercambio de energía cinética entre moléculas, sin desplazamiento de las mismas, es decir existe una movilidad de la energía calorífica de las moléculas, que tienen mayor nivel energético, a otras con un nivel menor. Para el tratamiento térmico de alimentos envasados, las moléculas con niveles energéticos elevados se encuentran en contacto directo con las paredes del recipiente que contienen al alimento; por ende, la energía se transmite desde el exterior hacia al centro del envase. En la transferencia por convección la energía se transmite por la combinación de dos procesos: La transferencia de la energía acumulada, y por el movimiento del alimento líquido que es promovido por la diferencia de densidad existente entre dos masas con diferente gradiente térmico. De acuerdo a lo anterior, y de manera general se puede afirmar que en los 6 Geankoplis, C. Procesos de transporte y operaciones unitarias, México: Editorial CECSA, 3era. edic.,

10 alimentos procesados térmicamente el calor se transfiere por una combinación de conducción-convección, siendo el estado físico del alimento el que determina el mecanismo de transferencia predominante durante el tratamiento térmico. En alimentos sólidos, viscosos o semisólidos predomina la conducción; pero en los alimentos líquidos o semilíquidos la transferencia es por convección. Existen alimentos que presentan una transmisión inicial por convección y posteriormente, debido al incremento en la viscosidad del alimento, la transmisión es por conducción, ello provoca la denominada curva de penetración calor quebrada 7. Los microorganismos tienen una temperatura mínima, óptima y máxima de crecimiento. Las temperaturas por debajo de la mínima usualmente tiene una acción de STASIS o sea detienen el crecimiento microbiano, pero no provocan la muerte celular. Las temperaturas por encima de la máxima usualmente tienen una acción CIDA o sea provocan la muerte del microorganismo por desnaturalización de enzimas y otras proteínas. El uso de altas y bajas temperaturas está muy difundido y resulta muy efectivo para controlar el crecimiento microbiano. La sensibilidad de los microorganismos a las altas temperaturas varía con la especie y con el estado en que se encuentren. Las esporas bacterianas son las estructuras vivas mas termorresistentes. Resisten tratamientos térmicos más drásticos que las formas vegetativas. La destrucción de microrganismos por el calor puede representarse a una cinética de primer orden, por la ecuación siguiente 8 : N = No 10 kt De donde: ln No/N = kt o, t = 1/k ln No/N 7 Lopez, A. A complete course in canning, vol I y II, Baltimore, M.D. USA: The canning trade, Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos vol I y II, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A.,

11 o también t = 2,303/k * log No/N Donde: No= Número inicial de microorganismos N = Número de microorganismos después del tratamiento en t minutos. Si se analiza el ciclo vital de un microorganismo, que se representa en la figura Nº 2.1 se deduce que la fase de latencia es aquella donde el microorganismo se adapta a las condiciones del medio, luego se adaptarse a ella inicia su fase de crecimiento logarítmico, hasta su saturación y alcanzar la fase estacionaria en la que la población microbiana no se incrementa y después de un determinado tiempo comienza a decrecer, en la fase de declive. Figura Nº 2.1 Curva de crecimiento de microorganismos Log N (Número de microorganismos) Fase estacionaria Fase de declive Fase de latencia Fase de crecimiento Fuente: Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria, 2002 Tiempo Durante el tratamiento térmico de alimentos, la población microbiana presente en el alimento disminuye en función de la temperatura del producto, tal como se indica en la figura Nº 2.2; si dichos valores se representan en coordenadas semilogarítmicas se obtiene una línea recta, tal como se observa en la figura Nº 2.3. La pendiente de la línea recta está directamente relacionada con el tiempo de reducción decimal D. 11

12 Figura Nº 2.2 Evolución típica de una población microbiana con el tiempo Población microbiana Tiempo (minutos) Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998 El tiempo de reducción decimal, D, es el tiempo necesario para reducir en un 90% la población microbiana. Cuando se representa la población microbiana en coordenadas semilogarítmicas, el valor de D es el tiempo necesario para la reducción de un orden logarítmico el número de microrganismos 9. En la práctica el valor D se expresa en minutos, segundos etc. Cada vez que transcurra un tiempo t igual al de reducción decimal, la población se reducirá a una décima parte. El valor D de las diferentes especies microbianas es distinto, un valor D elevado es indicativo de una gran resistencia al calor (termo resistencia) 10. La constante de resistencia térmica, o valor z, es un factor que describe la resistencia térmica de las esporas bacterianas. Se define como la temperatura necesaria para causar una disminución del 90% en el tiempo de reducción décima D Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc Graw-Hill/ Interamericana de España S.A., 1era. ed. en español, Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos,

13 Representando los valores D obtenidos a diferentes temperaturas en coordenadas semilogarítmicas, el valor de z representa el aumento de temperatura necesario para cambiar un orden logarítmico el valor de D, tal como se muestra en la Figura Nº 2.4. El valor Z es el número de grados centígrados o Fahrenheit correspondiente al paso de un ciclo logarítmico; es decir, los grados requeridos para reducir diez veces el tiempo de destrucción térmica 12. Figura Nº 2.3 Representación del valor D Población microbiana 1000 D Tiempo (minutos) Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998 En base a lo indicado, el valor Z puede expresarse mediante la siguiente formula: Z = T 2 T 1 LogD T1 logd T2 12 Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc Graw-Hill/ Interamericana de España S.A., 1era. ed. en español,

14 El tiempo de muerte térmica, o valor F, es el tiempo necesario para causar una determinada reducción en la población de microorganismos o esporas. Este tiempo puede expresarse como un múltiplo del valor de D 13. El valor F, es el tiempo necesario para reducir la población microbiana hasta un valor pre establecido, que se fija mediante el orden de proceso a una temperatura dada 14. El valor F es conceptualmente análogo al valor D, la diferencia esta dada por el orden de proceso en cada caso, de allí que: F = nd Así tenemos, que para el caso del Clostridium botulinum, que tiene un Do = 0,21 minutos y un n = 12, el valor F será 0,21 x 12 = 2,52 minutos. Una reducción del 99.99% en una población microbiana equivale a cuatro reducciones de orden logarítmico, es decir F = 4D. En el procesado térmico de alimentos perdurables, el valor típico de muerte térmica utilizados es F = 12D, con el valor de D característico de Clostridium botulinum 15. Figura Nº 2.4 Representación gráfica del valor Z 1000 Población microbiana 100 z Tiempo (minutos) Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria, Idem,

15 En las ciencias de los alimentos es corriente expresar F con un subíndice que denota la temperatura y un superíndice con el valor de z del microorganismo considerado. Así tenemos: z F t es el tiempo de muerte térmica para una temperatura t, y una constante de resistencia térmica z. Un término comúnmente utilizado como referencia es el tiempo de muerte térmica F en la escala Fahrenheit de temperaturas o F en la escala Celsius. Este tiempo de muerte térmica de referencia, generalmente denominado F 0, representa el tiempo necesario para lograr una determinada reducción en la población de una espora microbiana con un valor z de 10 ºC (ó 18 ºF) a ºC (ó 250 ºF) Las curvas de penetración de calor En la industria de los alimentos enlatados, esterilizados o pasteurizados, los estudios de penetración de calor se realizan mediante tres métodos principales que se indican: El método de integración gráfica de Bigellow, El método analítico de Ball, y El método de Patashnik, 16. En el presente trabajo utilizaremos el Método General para determinaciones de tiempo de proceso determinado por Bigelow; sin embargo no existe información sobre la aplicación de este método para estudiar las curvas de penetración de calor en una masa de panificación que tiene diferentes contenidos de grasa, bajo la premisa que la grasa actúa como un retenedor o bloqueador de la velocidad de penetración de calor en un alimento. Las curvas de penetración del calor se denominan también como curvas TDT (Termal Death Time), o curvas tiempo temperatura o curvas de destrucción térmica (Cheftel, 1980), y para medir ciertas características en el calentamiento de los alimentos pueden usarse termómetros; sin embargo, el 16 Hersom, A.C. y Hulland, E.D. Conservas alimenticias, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A.,

16 método más satisfactorio involucra el uso de termopares, que son equipos formados por dos alambres de metales disimilares soldados, juntos, en uno de sus extremos. Si los extremos de esos alambres son puestos a diferentes temperaturas, se desarrolla un voltaje capaz de ser medido, el cual está relacionado con la diferencia de temperatura entre los dos extremos o empalmes del termopar. El otro extremo se conecta a un dispositivo de medición adecuado denominado potenciómetro 17. Actualmente se están utilizando monitoreadores inalámbricos de temperatura denominados tracers que permiten evaluar la distribución térmica en un alimento. Los termopares pueden ser introducidos en el alimento, al interior de los envases de vidrio o de las latas metálicas la conexión se realiza a la altura deseada al lado del cuerpo de la lata por medio de un acople en la posición y altura deseada. El punto de ubicación, dentro de la lata, se denomina punto térmico o punto frío, es decir en punto en el interior del alimento donde con mayor dificultad se alcanzará la temperatura de tratamiento. Las temperaturas son registradas cada minuto manualmente, o si se usa un potenciómetro registrador, los valores tiempo - temperatura serán graficados en papel semilogarítmico, lo que da una línea recta con desviaciones menores para la relación entre el tiempo y la temperatura. Cada intervalo tiempo temperatura durante el calentamiento y el enfriamiento de los recipientes, tiene un efecto letal sobre los microorganismos, siempre que las temperaturas están sobre el máximo para el crecimiento microbiano. Correlacionando los efectos mortales de estas altas temperaturas con la velocidad de calentamiento del alimento, el tiempo teóricamente requerido para la destrucción de cualquier espora bacteriana presente, en el alimento, puede ser calculado para cualquier temperatura dada. 17 Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos vol I y II, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A.,

17 Las proteínas de un alimento pueden verse alteradas durante el tratamiento térmico al coagularse; las pérdidas de aminoácidos se deben a la reacción de Maillard, Los aminoácidos mas susceptibles de degradarse son los que contienen azufre en su estructura y la lisina. Los carbohidratos son los constituyentes mas estables ante el calor, la gelatinización del almidón durante el tratamiento favorece su digestibilidad. Los lípidos, especialmente los insaturados son proclives a la oxidación, esto se ve favorecido con las altas temperaturas; la oxidación de las grasas se asocia a la pérdida de calidad que experimentan las proteínas y a la inhibición de la actividad de las vitaminas liposolubles. Las vitaminas, mas sensibles al calor son el ácido ascórbico y la tiamina; las vitaminas liposolubles son mas estables al calor que las hidrosolubles, Los minerales, muestran una apreciable estabilidad frente al calor Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria,

18 III.- MATERIALES Y MÉTODOS Equipos e instrumentos Los equipos que el autor utilizó en las pruebas experimentales, son los existentes en la planta piloto de procesamiento de alimentos del Centro Experimental Tecnológico (CET), de la Universidad Nacional del Callao, y fueron: a) Autoclave vertical de acero inoxidable. tal como se muestra en el apéndice Nº 1. b) Mesa y accesorios de acero inoxidable. c) Equipo de penetración de calor DATATRACE de Mesa Laboratorios, Inc. U.S.A. de conexión inalámbrica con dos (02) sensores rígidos de 2 y dos (02) de 1, interfase a PC y DTW Software DTWIN V4.02, tal como se muestra en el apéndice Nº Materia prima Para la preparación de las conservas de mango, piña y espárragos se utilizó: a) Mango, piña y espárragos, b) Sal c) Ácido cítrico, d) Azúcar blanca granulada y e) Agua potable. f) Frascos de vidrio Metodología Para la preparación de las conservas El mango y la piña fueron lavadas, con agua fría y corriente, se les eliminó la cáscara y se cortaron en cubos de 2 cm de arista aproximadamente, el mango se envaso totalmente crudo y la piña fue sometida a proceso de escaldado durante dos minutos a temperatura de 85 C. 18

19 Los espárragos, que estuvieron en refrigeración, fueron lavados con agua fría y se cortaron en trozos de 9,50 cm de largo y luego fueron escaldados por dos minutos a temperatura de 90 C. Paralelamente se preparo una solución azucarada al 25% y se ajusto a ph=3,50, sometida a proceso de ebullición y se adicionó a los frascos que contenían la fruta, a una temperatura de 95 C. Para las conservas de espárragos se preparó una solución salina al 3% y se ajustó a ph=3,50, la solución fue sometida a proceso de ebullición y se adicionó en caliente a temperatura de 90 C Para las mediciones del proceso Para el desarrollo de las pruebas experimentales se procedió de la siguiente manera: a) Los sensores del DATATRACE fueron programados, uno a uno, dándoles un código; para ello se utiliza el software instalado en la PC y a través de la interfase del equipo. b) Se introdujo, la terminal de cada uno de los sensores, en el interior de los trozos de fruta y de los turiones, tal como se observa en apéndice N 03. Para las mediciones de las temperaturas y tiempos de proceso, los frascos con los sensores, se colocaron en diferentes niveles del autoclave, con la finalidad de realizar lecturas y tener un valor promedio. c) Las temperaturas de tratamiento térmico de esterilización, para las conservas de piña y mango, fueron controladas por lectura en el termómetro del autoclave a 121 C y las temperaturas de pasteurización para los espárragos fueron de 100 C. d) Concluido el proceso de tratamiento térmico, se retiraron los sensores y se sometieron a limpieza eliminando los restos de material orgánico adherido a cada uno de los sensores y evitar las interferencias durante la lectura. e) Se instaló, cada uno de los sensores, en la interfase conectada a la PC y se procedió a realizar la lectura con la data y su posterior grabación. La información colectada fue procesada por el 19

20 software y la data, coma la que presenta en el apéndice N 6 fue graficada, obteniéndose las curvas de penetración de calor como las que se observan en los apéndices N 4 y 5. f) Se analizó la data obtenida mediante el análisis de varianza con el 5% de significancia. 20

21 IV.- RESULTADOS De las curvas de tratamiento térmico promedio Para la conserva de mango En la gráfica Nº 01 se muestran las curvas de penetración de calor en las conservas de mango, de cinco de las pruebas realizadas, en donde se puede observar que la temperatura máxima promedio en el interior de la fruta, de los sensores utilizados, fue de 122,50 º C. con un Fo de 26,30 y un tiempo promedio de 45,00 minutos. Gráfica Nº 01: Curvas de penetración de calor en conservas de mango en envases de vidrio sometidas a esterilización Curvasdepenetraciónenconservasdemangoesterilizadas C Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 5 30 Prueba / 26/ 05 11: 56: 35 01/ 26/ 05 12: 13: 15 01/ 26/ 05 12: 29: 55 01/ 26/ 05 12: 46: 35 01/ 26/ 05 13: 03: 15 01/ 26/ 05 13: 19: 55 Tiempo M3T C M3T C M3T C M3T C M3T C Fuente: Elaboración propia Para la conserva de piña En la gráfica Nº 02 se muestran las curvas de penetración de calor en las conservas de piña, de cinco de las pruebas realizadas en donde se puede observar que la temperatura máxima promedio en el interior de la fruta, de los seis sensores utilizados, fue de 122,50º C, un Fo de 25,80 y el tiempo de 40,50 minutos. 21

22 0 0 : 1 6 : : 3 3 : : 4 9 : : 0 6 : : 2 3 : 1 5 Gráfica Nº 02: Curvas de penetración de calor en conservas de piña en envases de vidrio sometidas a esterilización Curvas de penetraciónenconservas de piña esterilizadas Prueba 6 C Prueba 2 Prueba 4 Prueba 5 60 Prueba 3 50 Prueba / 26/ 05 11: 56: 35 01/ 26/ 05 12: 13: 15 01/ 26/ 05 12: 29: 55 01/ 26/ 05 12: 46: 35 01/ 26/ 05 13: 03: 15 01/ 26/ 05 13: 19: 55 Reading M3P C M3T C M3T C M3T C M3T C M3T C Fuente: Elaboración propia Para la conserva de espárragos En la gráfica Nº 03 se muestran las curvas de penetración de calor en las conservas de espárragos de seis de las pruebas realizadas, en donde se puede observar que la temperatura máxima promedio en el interior del producto, de los seis sensores utilizados, fue de 100,20 ºC un Fo de 0,40 y el tiempo de 71.7 minutos. Gráfica Nº 03: Curvas de penetración de calor en conservas de espárrago en envases de vidrio sometidas a pasteurización Curvasdepenetraciònconservasdeespárragospasteurizados C Prueba 3 Prueba 2 Prueba Prueba 6 Prueba 4 40 Prueba Tiempo M3T C M3T C M3T C M3T C M3T C M3T C Fuente: Elaboración propia 22

23 01 / 26/ : 56 : / 26/ : 13 : / 26/ : 29 : / 26/ : 46 : / 26/ : 03 : / 26/ : 19 : Para la conserva de mango y de piña En la gráfica Nº 04 se muestran las curvas de penetración de calor en las conservas de mango y de piña, en donde se puede observar, comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de la fruta, fue de 122,50 para el mango y la piña, con tiempos de 45,00 minutos. Gráfica Nº 04: Curvas de penetración de calor en conservas de mango y de piña en envases de vidrio sometidas a esterilización Curvas de penetracióncomparativa conservas de mangoy de piña esterilizadas C 70 Conserva de mangoesterilizada Conserva de piña esterilizada Tiempo M3T C M3T C Fuente: Elaboración propia Para la conserva de piña y espárrago En la gráfica Nº 05 se muestran las curvas de penetración de calor en las conservas de piña y de espárrago, en donde se puede observar, comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de los frutos, fue 122,50 C y el tiempo de 43,00 minutos, para la conserva de piña y de C y tiempo de 100,20 C para la conserva de espárrago. 23

24 Gráfica Nº 05: Curvas de penetración de calor en conservas de piña en envase de vidrio sometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de vidrio sometidas a pasteurización Curvadepenetracióncomparativaconservasdepiñaesterilizadaydeespárago pasteurizada Conservadeespárragopasteurizada C 70 Conservadepiñaesterilizada : 16: 35 00: 33: 15 00: 49: 55 01: 06: 35 01: 23: 15 01: 39: 55 Tiempo M3T C M3T C Fuente: Elaboración propia Para la conserva de mango y espárrago En la gráfica Nº 06 se muestran las curvas de penetración de calor en las conservas de mango y de espárrago, en donde se puede observar, comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de los frutos fue de 122,50 C para el mango y 100,20 C para el espárrago. 24

25 Gráfica Nº 06: Curvas de penetración de calor en conservas de mango en envase de vidrio sometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de vidrio sometidas a pasteurización Curvadepenetraciòncomparativaconservasdemangoesterilizadoyespáragopasteurizado Conservadeespárragopasterurizado C 70 Conservademangoesterilizado : 16: 35 00: 33: 15 00: 49: 55 01: 06: 35 01: 23: 15 01: 39: 55 Tiempo M3T C M3T C Fuente: Elaboración propia Para la conserva de piña, mango, y espárrago En la gráfica Nº 07 se muestran las curvas de penetración de calor en las conservas de piña, de mango y de espárrago, comparativamente en donde se puede observar que la temperatura máxima promedio en el interior del producto fue de 122,50 para las conservas de piña y de mango, y de 100,20 C y de 100,20 C para los espárragos. 25

26 00 : 16: : 33: : 49: : 06: : 23: : 39: 55 Gráfica Nº 07: Curvas de penetración de calor en conservas de piña y de mango en envase de vidrio sometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de vidrio sometidas a pasteurización Curvas depenetraciónde calor conservasde piña ymangoesterilizadas yconservasdeespáragopasteurizada Conservadeespárragopasteruizado Conservadepiñaesterilizada C 70 Conservademangoesterilizado Fuente: Elaboración propia Tiempo M3T C M3T C M3T C Fuente: Elaboración propia 26

27 V.- DISCUSIÓN En la gráfica N 01 se observa que los perfiles de las curvas de penetración de calor en las cinco pruebas de conserva de mango muestran un perfil similar determinándose que no existe diferencia entre ellas al 5,00% de significancia. Las variaciones observables se visualizan en la primera etapa de la fase de calentamiento y de la fase de enfriamiento. El mismo comportamiento se observa en las seis curvas de penetración de calor para las conservas de piña, donde no existe diferencia significativa al 5,00% de significancia, principalmente en la fase estacionaria del tratamiento térmico. Los datos obtenidos en la gráfica N 02 muestran pequeñas diferencias en la fase de calentamiento y con mayor variación en la primera etapa de la fase de enfriamiento. Este comportamiento en la diferencia de los perfiles de enfriamiento, en las curvas de penetración de calor para las conservas de mango y de piña, aparentemente coinciden con la ubicación que dichos envase tuvieron en el interior del autoclave, pues las que se encontraban cerca de los puntos de alimentación del agua de enfriamiento, muestran un descenso en la temperatura mas pronunciado que las que encontraban ubicadas mas alejadas de dichos puntos. Las curvas de penetración del calor en las conservas de espárragos, presentan dos grupos de perfiles: las pruebas 3, 4, 5, y 6 muestran perfiles similares cuya data no evidencia diferencia significativa al 1,00 y 5,00% de significancia. Este comportamiento es relativamente diferente a los perfiles de las pruebas 1 y 2, entre las cuales tampoco existen diferencias al 1,00 y 5,00% de significancia. Las variaciones observadas, entre ambos grupos de pruebas, se dan en el rápido proceso de calentamiento y en alargamiento de los tiempos de inicio de enfriamiento, aunque las pendientes son similares. Las diferencias observadas, entre dichos grupos de pruebas, posiblemente se deba a que los frascos de conserva de las pruebas que muestran un pronunciado calentamiento y un relativo retardado enfriamiento (pruebas 1 y 2), se encontraban cerca del punto de alimentación del vapor y alga mas alejadas del punto de ingreso de agua de enfriamiento. Un hecho destacable de los perfiles en las seis pruebas es que muestran pendientes similares en las tres fases del tratamiento: calentamiento, estacionaria y enfriamiento, lo que ratificaría lo indicado por diversos autores referente a que la velocidad de transmisión del calor en un alimento es la similar en productos que tienen similar 27

28 composición química, naturaleza y presentación, tanto en la materia prima como en el líquido de gobierno utilizado. Si se comparan las gráficas de proceso, a la misma temperatura, entre las conservas de mango y de piña que se presentan en la gráfica N 4, se observa que las diferencias entre ellas se dan en la fase de calentamiento y de enfriamiento. Las conservas de piña se calientan mas rápidamente que las de mango, lo cual podría explicarse en la composición mas acuosa de la piña lo que facilitaría la transmisión del calor en el interior de ella; sin embargo, en la fase de enfriamiento sucede todo lo contrario, pues siguiendo el mismo fundamento anterior debería ser la piña la que se enfríe con mayor rapidez, pero la conserva que se enfría mas rápido es la conserva de mango. Sería conveniente, realizar algunas pruebas adicionales y estudio especifico de este caso. Comparando las curvas de penetración entre las conservas de piña y de mango tratadas a una temperatura de 121 C y las conservas de espárrago tratadas a la temperatura de 100 C, que se visualizan en las gráficas N 5, 6 y 7, observamos que la velocidad de penetración de calor, objetivizada en las pendientes de calentamiento de las conservas indicadas, es mas pronunciada en las dos primeras, obviamente debido a la mayor temperatura de procesamiento; sin embargo, los tiempos en los que alcanzan la temperatura de tratamiento (fase estacionaria) son similares e iguales a 23 minutos. Los tiempos de tratamiento a la, temperatura de procesamiento, 121 C para las conservas de mango y de piña fueron de 20 minutos y 15 segundos; en tanto que para las conservas de espárrago fue de 30 minutos con 10 segundos. El valor de Fo para las conservas de piña esterilizadas fue de 26,3; para las conservas esterilizadas de mango fue de 25,8 y de 0,60 para los espárragos pasteurizados. En conclusión podemos mencionar que: Las conservas de piña y de mango envasadas en frascos de vidrio en solución azucarada al 25,00% y tratadas a 121 C presentan curvas de penetración de calor con perfiles similares y datos de temperatura y tiempo que no tiene diferencia al 5,00% de significancia. 28

29 Las conservas de espárrago envasadas en frascos de vidrio en solución salina al 3,00% y tratadas a 100 C presentan curvas de penetración de calor con perfiles similares y datos de temperatura y tiempo que no tiene diferencia al 1,00 y 5,00% de significancia. Las curvas de calentamiento y de enfriamiento, para las conservas de mango y piña, muestran pequeñas diferencias en sus valores de temperatura pero mantienen la misma tendencia y similares pendientes. Los tiempos de tratamiento a temperatura constante de 121 C en las conservas de mango y de piña son de 20 minutos con 15 segundos, y para las conservas de espárrago a temperatura de 100 C es de 30 minutos con 10 segundos. Los valores de Fo para las conservas de mango y de piña esterilizadas fueron de 25,8 y 26,3 respectivamente y de 0,60 para los espárragos pasteurizados. 29

30 VI.- REFERENCIALES 1. Aguado Alonso, J., et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, volumen I Conceptos básicos, Madrid, España: Editorial Síntesis S.A., Aguado Alonso, J., et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, volumen III Conservación de alimentos, Madrid, España: Editorial Síntesis, Bourgeois, C.M.; Mescle, J.F. y Zucca, J. Microbiología alimentaria, volumen I: Aspectos microbiológicos de la seguridad y calidad alimentaria, Zaragoza, España: Editorial Acribia, 1era. Edición en español, Casp, A. y Abril, J. Proceso de concentración de alimentos, Madrid, España: Editorial Mundi-Prensa, Charley, H. Tecnología de alimentos. Procesos químicos y físicos en la preparación de alimentos, México: Ed. Limusa S.A de C.V., 11ava reimpresión, Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos vol I y II, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A., Desrosier, N., Elementos de tecnología de alimentos, México: Editorial CECSA, Avi Publishing Company, Desrosier, N.W. Conservación de alimentos, México: Editorial CECSA, Trigésima reimpresión, Geankoplis, C. Procesos de transporte y operaciones unitarias, México: Editorial CECSA, 3era. edic., Gutiérrez Pulido, H. y De la Vara Salazar, R. Control estadístico de calidad y seis sigma, México: Edit. McGraw-Hill, Interamericana, Hersom, A.C. y Hulland, E.D. Conservas alimenticias, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A., Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc Graw- Hill/ Interamericana de España S.A., 1era. ed. en español, Lopez, A. A complete course in canning, vol I y II, Baltimore, M.D. USA: The canning trade, Mafart, P. Ingeniería industrial alimentaria, volumen I: Procesos físicos de conservación, Zaragoza, España: Editorial Acribia, Prat Bartés, A. et al. Métodos estadísticos, control y mejora de la calidad, México: Alfaomega grupo editor S.A. de C.V., Rao, M.A. y Anantheswaran, R.C. Convective heat transfer to fluid in cans, Advances in Food Research, 1988, vol. 32, pp

31 17. Rodríguez Somolinos. Ingeniería de la industria alimentaria vol. III Operaciones de conservación de alimentos, Madrid, España: Editorial Síntesis S.A., Singh, R.P. and Heldman, D.R., Introducción a la ingeniería de los alimentos, Zaragoza, España: Editorial Acribia,

32 VII.- APÉNDICES Apéndice Nº 1 Apéndice Nº 2 Apéndice Nº 3 Apéndice Nº 4 Apéndice Nº 5 Apéndice Nº 6 : Autoclave vertical : Equipo DATATRACE para medir la penetración del calor. : Sensores e instalación en frascos de conservas. : Curva de penetración en conserva de piña esterilizada. : Curva de penetración en conserva de mango esterilizada : Datos de valores de tiempo, temperatura y Fo de las curvas de penetración en conservas de mango esterilizado 32