Título: EVALUACIÓN DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN LA FABRICACIÓN DE CONSERVAS VEGETALES

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1 Título: EVALUACIÓN DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS EN LA FABRICACIÓN DE CONSERVAS VEGETALES Autores: Pérez-Aparicio, Jesús (Dr. Veterinario); Rodríguez Partida, Vanesa (Lcda. Ciencias Biológicas); Toledano-Medina, M. Ángeles (Lcda. Veterinaria y Lcda. Tecnología de los alimentos). Dirección: Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera. Centro IFAPA Palma del Río. Avda Félix Rodríguez de la Fuente s/nº Palma del Río (Córdoba). RESUMEN En los tratamientos térmicos aplicados a las conservas enlatadas se utilizan procedimientos para evaluar la eficiencia del tratamiento. La curva de supervivencia térmica se realiza para obtener un parámetro conocido como valor D o tiempo de reducción decimal. Otro parámetro de importancia es Z obtenido mediante la representación de las curvas de destrucción térmica o curvas DT. Para determinar la idoneidad de el tratamiento térmico es necesario calcular su Letalidad (Fo) que se halla mediante el modelo general. La curva de penetración de calor y el modelo de Ball se utilizan para el diseño de tratamientos térmicos. CINCO PUNTOS 1.- Los valores D y Z caracterizan a cada especie bacteriana. 2.- El parámetro de letalidad (F) permite comparar diferentes tratamientos térmicos. 3.- Para hallar la letalidad total de un proceso térmico existen varios métodos basados en el método general y en modelos matemáticos como el método de Ball. 4.- La curva de penetración de calor se usa para predecir la temperatura en el interior del envase en cualquier instante del tratamiento. 5.- El método de Ball permite evaluar la Letalidad (F) de un tratamiento a priori y la influencia sobre el proceso al modificar determinadas condiciones como la temperatura inicial en el interior del envase (T 0 ) o la temperatura de proceso. En los tratamientos térmicos aplicados a las conservas enlatadas se utilizan procedimientos para evaluar la eficiencia del tratamiento. Este artículo pretende revisar los fundamentos de la revisión y del diseño de tratamientos térmicos empleados en conservas vegetales. CINÉTICA DE DESTRUCCIÓN MICROBIANA Cuando sometemos una población bacteriana a la acción de una temperatura letal durante un periodo prolongado en el tiempo, su destrucción sigue una cinética exponencial. Si representáramos la evolución de una población bacteriana sometida a la acción de calor letal a una temperatura constante en un eje logarítmico de ordenadas frente al tiempo en el eje de abscisas se obtendría una recta. Esta gráfica se denomina curva de supervivencia térmica y se realiza para determinados microorganismos alterantes para obtener un parámetro conocido como valor D o tiempo de reducción decimal a una determinada temperatura. Se define como el tiempo a una determinada temperatura preciso para reducir una población bacteriana de partida (N 0 ) a la décima parte y coincide con un ciclo logarítmico (ver figura 1). [logn 0 logn 1 ]=D 1 t (1)

2 Cuando [logn 0 logn 1 ] cubre un ciclo logarítmico su valor es 1 y D=t La expresión (1) es útil para determinar el tiempo necesario para reducir la población a una temperatura dada. Cada microorganismo tiene un valor D que lo caracteriza a cierta temperatura. Por ejemplo si quisiéramos saber el tiempo (t) necesario a 250ºF para que un esporo de Clostridium Botulinum sufra 12 reducciones decimales sabiendo que su valor D 250 (la temperatura se señala en el subíndice de D) es 0,21 min. los cálculos serían los siguientes: N 0 =1; N 1 =10-12 ; D 250 =0,21; t= 12 x 0,21= 2,52 min. Otro parámetro de importancia es el obtenido mediante la representación de las curvas de destrucción térmica o curvas DT. Representa en el eje de ordenadas el logaritmo de diferentes valores de D para determinado microorganismo y en el eje de abscisas la temperatura (T) correspondiente a esos valores (ver figura 1). La figura es una recta cuya ecuación es similar a la anterior mostrando el parámetro (Z) que se define como el incremento de temperatura necesario para reducir un ciclo logarítmico el valor D. [logd 2 logd 1 ]=Z 1 [T 1 T 2 ] (2) Cuando [logd 1 logd 2 ] cubre un ciclo logarítmico su valor es 1 y Z=[T 2 T 1 ] [Figura 1. a) Curva de Supervivencia Térmica. b) Curva de Destrucción térmica] La expresión (2) es necesaria para calcular equivalencias a un tratamiento de referencia. Por ejemplo cuanto tiempo sería necesario aplicar 240ºF para ser equivalente a un tratamiento de 250ºF durante un minuto respecto a un microorganismo con valor Z=18.

3 D 1 =1; T 2 =240; T 1 =250; D 2 =10 [0,55] =3,59 min. Los valores D y Z caracterizan a cada especie bacteriana. En la tabla 1 se muestran los valores D y Z de algunas de las bacterias más importantes en conservas. Tabla 1. Valores de D (min.) y Z(ºF) de Bacterias de importancia en conservas Grupos Bacterianos D Z Alimentos de baja acidez (ph>4,6) Termófilos (esporas) D 250 B. stearothermophilus C. thermosaccharolyticum C. nigrificans Mesófilos (esporas) C. botulinum 0,1 0, Alimentos ácidos (ph 4 4,6) 0,1 1, Termófilos (esporas) B. coagulans 0,01 0, Mesófilos (esporas) D 212 B. polymyxa y B. macerans 0,1 0, Anaerobios butíricos (C. Pasteurianum) 0,1 0, Alimentos de acidez alta (ph<4) Bacterias no formadoras de esporas mesofílicas D 150 Lactobacillus y Leuconostoc, Hongos y Levaduras 0, EVALUACIÓN DEL PROCESO TÉRMICO Para comparar procesos térmicos se define el parámetro de letalidad (F) que permite comparar diferentes tratamientos térmicos. Definimos F como el equivalente en minutos a alguna temperatura de referencia, de todo el calor letal en un proceso con respecto a la destrucción de un organismo caracterizado por algún valor de Z dado. La temperatura de referencia se coloca como subíndice del parámetro F y el valor de Z se coloca como superíndice. Cuando la temperatura de referencia es 250ºF y el valor Z es 18 se expresa como F o. Para hallar la letalidad total de un proceso térmico existen varios métodos basados en el método general y en modelos matemáticos como el método de Ball. Método General Para hallar la intensidad letal (L) en cada minuto tiempo-temperatura del proceso se calcula el inverso del equivalente a un tratamiento F o o bien podemos utilizar la siguiente expresión: L = 10 exp (Z 1 (T 250)) (3) Para calcular la letalidad del proceso completo (F o ) hay que integrar la intensidad letal (L) en cada unidad de tiempo del proceso. Para esto existen diversos métodos:

4 a)se halla la curva de letalidad que representa la intensidad letal (L) en cada unidad de tiempo sobre una cuadrícula y se calcula el área mediante el cociente de cuadrados con el número de cuadros que constituyen un área unitaria. b)el método de pesada consiste en representar la intensidad letal frente al tiempo, recortar el área bajo la curva y pesar. Seguidamente se corta un rectángulo de área unitaria y se pesa igualmente; el cociente entre ambos pesos sería F o. c)se puede utilizar un planímetro para medir el área de la gráfica de intensidad letal y el área unitaria. d)el método de la regla trapezoidal consiste en calcular el área total como la suma de pequeños paralelogramos. Se utiliza la expresión: F o = 2 1 ( t) [L o +2L 1 +2L 2 +2L L n-1 +L n ] (4) e)el método de Simpson es similar al anterior. La limitación es que necesita un número impar de intensidades letales (L). La expresión que utiliza es la siguiente: F o = 3 1 ( t) [L o +4(L 1 + L L n-1 )+2(L 2 + L L n-2 )+L n ] (5) f)el método de Patashnik es una adaptación de la regla trapezoidal a un proceso en funcionamiento de forma que se pueda saber durante el proceso el valor de Letalidad alcanzado (F o ) y así decidir cuando detener el proceso. F o =([L total hasta la lectura anterior]+ 2 1 L actual ) x t (6) En la tabla 2 se muestran datos reales de un tratamiento térmico con el cálculo de la Letalidad del proceso (L), y el valor de F o según la regla trapezoidal (F ot ) y según el método de Patashnik (F op ). Tabla 2. Fo (min.) según método de la regla trapezoidal (Fot) y Patashnik (Fop). t=tiempo de proceso; Tª B =temp. agua (ºF); Tª P =temp. producto(ºf); L=Letalidad t (min) Tª B Tª P L Fo(t) Fo(p) 1 82,4 86 0,00 0, ,4 89,6 0,00 0,0 0, ,2 0,00 0,0 0, ,8 179,6 0,00 0,0 0, ,6 0,01 0,0 0, ,8 0,10 0,3 0, ,2 0,19 1,0 1, ,25 2,1 2, ,31 3,5 3, , ,31 5,1 5, ,4 165,2 0,00 5,8 5,8

5 Penetración de calor Se usa para calcular la temperatura en el interior del envase en cualquier instante del tratamiento sabiendo la temperatura de proceso (T 1 ) y la temperatura inicial en el interior del envase (T 0 ). También se utiliza para calcular el tiempo (t) necesario para alcanzar una determinada temperatura (T t ) en el interior del envase conociendo T 1. La temperatura de proceso es la temperatura programada para la esterilización. En el tratamiento mostrado en tabla 2, T 1 es 239 ºF. Se representa en cada tiempo t la diferencia T 1 T t en un eje de ordenadas con escala logarítmica y el tiempo en el eje de abscisas. El tramo lineal de la gráfica se prolonga hasta el eje de ordenadas (T 1 T A ) siendo T A la temperatura inicial teórica necesaria para obtener una línea recta. Seguidamente se calculan el parámetro j con la expresión: j=(t 1 T A ) (T 1 T 0 ) 1 (7), siendo T 0 la temperatura real inicial en el interior del envase. De la recta se extrae f que representa el tiempo necesario para que la curva de penetración atraviese un ciclo logarítmico. En la figura 2 a) se muestra la curva de penetración de calor y la expresión final del modelo correspondiente al tratamiento de la tabla 2. Curva de enfriamiento La curva de enfriamiento se utiliza en un sentido similar al anterior considerando el punto de inicio el momento de desconexión del vapor. Se representan las diferencias T t T e, siendo T e la temperatura de enfriamiento. Se hallarían j e y f e de forma similar. Método de Ball A diferencia del modelo general, el método de Ball permite evaluar la Letalidad (Fo) de un tratamiento a priori y la influencia sobre el proceso al modificar determinadas condiciones como la temperatura inicial en el interior del envase (T 0 ) o la temperatura de proceso (T 1 ). Para solucionar esto Ball ideó un procedimiento basado en la curva de penetración de calor. Consideró el tiempo total de proceso (t B ), el tiempo a temperatura de proceso (t p ) más el 42% del tiempo necesario para alcanzar T 1 que se define como t c. De forma que se considera todo el tiempo (t B ) a temperatura de proceso T 1. El nuevo punto de corte T 1 T Ball viene determinado por la intersección entre la curva de penetración de calor y la recta a una distancia 0,58t c del origen. El valor j Ball se determina con el nuevo punto de corte. En la figura 2 b) se muestra la gráfica y la expresión final del modelo correspondiente al tratamiento de la tabla 2.

6 [Figura 2. a)curva de penetración de calor. b)modelo de Ball] A T 1 T Ball se le designa como valor g. Existen tablas que relacionan los siguientes parámetros: g, j, y f(u 1 ) siendo U=F o (L) 1. Utilizando dichas tablas se puede predecir la letalidad de un tratamiento térmico. BIBLIOGRAFÍA 1.-Hersom, A.C., Hulland, E.D. (1984). Conservas Alimenticias. Editorial Acribia, S.A. 2.-Stumbo, C.R., (1973). Termobacteriología en el procesado de alimentos. Universidad de Massachussets. 3.-Sharma, S.K, Mulvaney, S.J., Rizvi,S.S.H. (2003). Ingeniería de Alimentos. Editorial Limusa.