N 1. Departamento de Tecnología. Ing. Fabián n Marchesotti

Transcripción

1 N 1

2 N 2 Bibliografía Richardson P., Tecnologías térmicas para el procesado de los alimentos. Editorial Acribia, S.A. Sielafff H., Tecnología de la fabricación de conservas. Editorial Acribia, S.A. Cheftel J.C., Cheftel H. y Besançon P., Introducción a la bioquímica y tecnología de los alimentos. Vol. II. Editorial Acribia. Rees, J.A.G. Bettison, J., Procesado Térmico y Envasado de los Alimentos. Editorial Acribia, S.A. Trabajo Final de Aplicación Desarrollo y producción a escala industrial de una salsa a base de queso, esterilizada, para acompañar snacks. Pilar Fernández Alfaya Natalia Tarenco

3 N 3 Agenda Definiciones Factores que influyen en el proceso Parámetros característicos de esterilización Proceso térmico Tecnologías disponibles para procesos de esterilización Descripción de equipos de esterilización Regulaciones Contaminación de alimentos esterilizados Estudio de casos

4 N 4

5 N 5 OBJETIVO PRINCIPAL Aumentar la vida útil de los alimentos Para ello se busca: Desnaturalizar enzimas Eliminar células vegetativas microbianas Destruir esporas bacterianas

6 Definiciones N 6 Según el Código Alimentario Argentino, Capítulo III: Condiciones Generales de Productos Alimenticios, se define: Art. 165 Se entiende por Esterilización Industrial o Técnica, sin otro calificativo, el proceso térmico que, aplicado a un alimento, asegura: a) Conservación sin alteración y buena calidad comercial durante un período suficientemente largo, compatible con las necesidades comerciales. b) Ausencia de microorganismos perniciosos para la salud del consumidor (gérmenes patógenos, gérmenes toxicogénicos) y ausencia de toxinas. c) Ausencia de todo microorganismo capaz de proliferar en el alimento, lo que supone la ausencia de toda alteración de origen microbiano.

7 N 7 Definiciones ESTERILIDAD COMERCIAL (USDA 9CFR ) La condición alcanzada por aplicación de calor, suficiente, solo o en combinación con otros ingredientes y/o tratamientos, para liberar al producto de microorganismos capaces de desarrollarse en el producto en condiciones de no-refrigeración (por encima de 10 ºC) en las cuales se intenta mantener al producto durante la distribución y el almacenaje.

8 N 8 Definiciones ALIMENTOS DE BAJA ACIDEZ (FDA 21CFR 113.3) Son aquellos alimentos (no incluye bebidas alcohólicas) con un ph final de equilibrio superior a 4,5 y una actividad de agua (aw) mayor a 0,85.

9 N 9 Definiciones ESTERILIDAD COMERCIAL PARA ALIMENTOS DE BAJA ACIDEZ (USDA 9CFR ) Condición en que la totalidad de las esporas de Clostridium botulinum y toda otra bacteria patógena hayan sido destruidas, así como también las de organismos más resistentes al calor que en caso de estar presentes pudieran ocasionar deterioro en condiciones normales de almacenaje y distribución.

10 N 10 E n qué consiste la esterilización por calor de alim entos envasados? La esterilización por calor consiste en calentar a un alimento envasado en un recipiente herméticamente cerrado, a una temperatura lo suficientemente elevada y durante un tiempo lo suficientemente largo, como para eliminar la actividad microbiana y enzimática en dicho alimento.

11 Factores que influyen 1 - Factores relacionados con los microorganismos La termorresistencia de los microorganismos, esporas y enzimas eventualmente presentes N 11 La carga inicial 2 - Factores relacionados con el producto Las características físicas del alimento (Sólido, líquido) El ph del alimento Peso neto Relación sólido/líquido Tamaño de los sólidos Características de transferencia de calor del alimento (conductividad térmica, viscosidad, mecanismos de transferencia de calor)

12 Factores que influyen N Factores relacionados con el envase El tamaño y la geometría del envase Conductividad térmica del envase (material) Espacio de cabeza 4 - Factores relacionados con el proceso Tipo de medio calefaccionante Temperatura del medio calefaccionante Temperatura inicial del producto Rotación

13 Factores que influyen Termorresistencia microbiana y ph N 13 Alimentos de baja acidez (ph > 4,5): dentro de este grupo son de importancia las bacterias anaerobias capaces de formar esporas Entre ellas se encuentra el Clostridium botulinum, cuyas esporas son termorresistentes Alimentos moderadamente ácidos (ph = 4,5 3,7): Dentro de este grupo es improbable el riesgo de multiplicación y formación de toxinas por Clostridium botulinum. Los tratamientos térmicos buscan controlar la supervivencia y multiplicación de otros microorganismos formadores de esporas pertenecientes al género Bacillus (por ejemplo coagulans) y de anaerobios butíricos pertenecientes al género Clostridium (por ejemplo butyricum). Alimentos ácidos (ph < 3,7): En este caso, el tratamiento térmico se orienta hacia el control de bacterias no esporuladas, levaduras y mohos. Estos agentes pueden ser controlados mediante el uso de temperaturas de proceso menores a 100ºC.

14 Factores que influyen N 14 Mecanismos de transmisión de calor Conducción Transferencia de energía a escala molecular No hay movimiento de materia Mecanismo predominante en alimentos sólidos Ley de Fourier (forma unidimensional) q x = - k A dt dx q x = flujo de calor en la dirección x T = temperatura A = área en la dirección x k = conductividad térmica x = distancia

15 Factores que influyen N 15 Mecanismos de transmisión de calor Convección Hay movimiento de materia. Puede ser natural o forzado. Mecanismo predominante en alimentos semisólidos y líquidos. Ley de Newton q x = h A (T p T a ) h = coeficiente de transmisión de calor por convección

16 Factores que influyen N 16 Estado físico del alimento y velocidad de penetración de calor Conducción Convección

17 Tamaño y geometría del envase ESTERILIZACIÓN Factores que influyen N 17

18 Factores que influyen N 18 Tipos de medios de calefacción Vapor saturado puro LATAS Mezcla de vapor / aire Inundado Agua caliente Por lluvia VIDRIO, ENVASES FLEXIBLES

19 N 19 Parámetros de esterilización Cinética de destrucción térmica Tiempo de reducción decimal o Valor D Tiempo en minutos, a temperatura constante, necesario para destruir el 90% de las células (o esporas) de un microorganismo dado. La recta atraviesa un ciclo logarítmico El valor D permite comparar la resistencia térmica de distintos microorganismos D 118 : valor de D a temperatura de 118 ºC

20 Parámetros de esterilización Tiempo de reducción decimal o Valor D N 20 Relación entre la concentración de esporas supervivientes y el tiempo de tratamiento a temperatura constante Supervivientes (escala logarítmica) D logc = logc 0 1 D t Tiempo de calentamiento (min)

21 Parámetros de esterilización Tiempo de reducción decimal o Valor D N D 1 = 0.4 min D 2 = 0.7 min Cuanto más m termorresistente sea un m.o.., más s elevado será el valor D y por lo tanto se requiere > t para alcanzar una reducción del 90% de la población D 1 D 2 D3 D 3 = 1.2 min t (min( min) logc = logc 0 1 D t

22 N 22 Parámetros de esterilización Valor z Es le aumento de temperatura necesario para reducir al valor D en 90%. Se mide en ºC (antiguamente en ºF) El valor z da idea de cómo varía la resistencia térmica de un microorganismo con la temperatura

23 Parámetros de esterilización Valor z N 23 log D (min) z Temperatura (ºC)

24 Parámetros de esterilización N 24

25 Parámetros de esterilización N 25 Letalidad o Valor F Se define como el equivalente en tiempo (expresado en minutos) del calor letal de un proceso necesario para destruir una cantidad determinada de esporas o células vegetativas de un microorganismo particular. Es una combinación de la relación tiempo/temperatura recibida por un alimento. Este tiempo se ha calculado con referencia a un determinado valor de z y a una temperatura dada (θ), que suelen figurar como super y subíndice. En caso de trabajar con z = 10ºC y θ = 121,1ºC, el tiempo equivalente se representa con el símbolo F 0. t F = 10 dt t o (T θ )/z 10 F = F

26 Parámetros de esterilización N 26 Letalidad o Valor F LA SIGUIENTE ECUACIÓN RELACIONA LOS VALORES D Y F CON LAS TASAS DE MICROORGANISMOS, ANTES (a) Y DESPUÉS (b) DEL TRATAMIENTO; (b = riesgo admitido, o sea, la probabilidad de encontrar esporas en un alimento) F = D (log a log b) = D x factor Es decir, mientras que D es el tiempo necesario para reducir un 90% la población microbiana, F representa el tiempo requerido para reducir la carga microbiana por un múltiplo de D.

27 N 27 Esterilidad aditiva y procesos equivalentes Ej: suspensión de esporas de C. botulinum (D 121,1 =0.21 D 115 =0.833 D 118 =0.433) Proceso Temp (ºC) 12D Tiempo (min) Esterilidad x 121, % y % % X e Y son procesos equivalentes Diferentes combinaciones t-t pueden lograr el mismo efecto letal sobre un m.o. dado.

28 N 28 Proceso térmico t Para definir el proceso térmico a aplicar a una conserva deben conocerse las curvas de calentamiento y enfriamiento del producto, es decir que debe establecerse el perfil de temperatura del alimento en el punto frío Cualquier factor que provoque una disminución en la velocidad de penetración de calor puede poner en riesgo la eficacia del proceso térmico.

29 N 29 Proceso térmico t Cálculo del proceso térmico Con los datos de penetración de calor del producto y la curva de muerte térmica del microorganismo elegido para el diseño del proceso se está en condiciones de calcular matemáticamente el proceso térmico. Existen diversos métodos. Confirmación de procesos por lotes inoculados

30 Proceso térmico t Cálculo del proceso térmico N 30 El procedimiento requiere los datos de : Penetración de calor La conversión de la temperatura del producto a valores de letalidad. ( T Tref ) L = 10 z En donde : L = Valor letal o letalidad. T = Cada una de las temperaturas registradas durante el calentamiento y enfriamiento del producto T ref = Temperatura de referencia.

31 Proceso térmico t Cálculo del proceso térmico N 31 Por lo tanto, el valor F proc (F de proceso) será : F proc = t t= 0 L* dt = t 10 ( T T z ref * dt = t= 0 0 ) t 10 ( T T z ref ) * dt

32 Proceso térmico t N 32 Cálculo del proceso térmico Gráfico de 10 (T- Tref)/ z en función del tiempo 10 (T- Tref)/z F Tasa de letalidad ó unidad letal A B C D Tiempo (min) Fuente: Las Operaciones de la ingeniería de los alimentos. J.G.Brennan.

33 Proceso térmico t Formas para resolver la ecuación anterior: N Obteniendo los valores letales de cada combinación t T y graficarlos L Con la sumatoria de los L calculados a partir de de la temperatura del prod. a cada minuto. F proc = t t ( T T z L* dt = t (min) ref ) * dt F proc = t L*1min = 0 0 t ( T 10 T z ref ) *1min

34 Proceso térmico t N 34 Esterilización propiamente dicha Consiste en la aplicación de calor al alimento a determinada TEMPERATURA y durante un cierto TIEMPO Observación: en este caso TEMPERATURA y TIEMPO son parámetros del proceso y no del producto

35 N 35 Proceso térmico t Medición de temperatura dentro del envase

36 140 ESTERILIZACIÓN Proceso térmico t Curva de penetración de calor Producto: BOEUF BOURGUIGNON N 36 Temp (ºC) Temperatura del agua (ºC) Temperatura del prod (ºC) Tiempo (min) Cubos de carne vacuna de 30 mm de lado. Peso neto del producto: 340 g. Porcentaje de líquido: 38%. Espacio de cabeza: 2 mm. Rotación 0 rpm. Tiempo de proceso: 34 min. F 0 : 10 min

37 140 ESTERILIZACIÓN Proceso térmico t Curva de penetración de calor Producto: PECHUGAS DE POLLO N 37 Temp (ºC) Temperatura del agua (ºC) Temperatura del prod (ºC) Tiempo (min) Pechugas de pollo grilladas de 8.0 x 4.0 x 1.5 cm. Peso neto del producto: 280 g. Porcentaje de líquido: 30%. Espacio de cabeza: 2 mm. Rotación 10 rpm. Tiempo de proceso: 16 min. F 0 : 10 min

38 140 Producto: BOEUF BOURGUIGNON N 38 Cubos de carne vacuna de 30 mm de lado. Peso neto del producto: 340 g. Porcentaje de líquido: 38%. Espacio de cabeza: 2 mm. Rotación 0 rpm. Tiempo de proceso: 34 min. F 0 : 10 min Temp (ºC) Temperatura del agua (ºC) Temperatura del prod (ºC) Tiempo (min) Pechugas de pollo grilladas de 8.0 x 4.0 x 1.5 cm. Peso neto del producto: 280 g. Porcentaje de líquido: 30%. Espacio de cabeza: 2 mm. Rotación 10 rpm. Tiempo de proceso: 16 min. F 0 : 10 min Temp (ºC) Producto: PECHUGAS DE POLLO Temperatura del agua (ºC) Temperatura del prod (ºC) Tiempo (min)

39 Proceso térmico t Ciclo de esterilización N 39 Período inicial de elevación de temperatura Período de esterilización propiamente dicho Período de enfriamiento Tiempo transcurrido entre la introducción del vapor en la autoclave cerrada y el momento en que se alcanza la temperatura de proceso. En la primer etapa se produce la remoción del aire VENTEO Comienza cuando la temperatura del autoclave se estabiliza en el valor fijado para la esterilización del producto (temperatura de proceso). A partir de ese momento se cuenta el tiempo de proceso. Una vez transcurrido el tiempo de proceso se procede al enfriamiento del producto con agua. La presión se mantiene con aire.

40 Autoclave de vapor, vertical ESTERILIZACIÓN Autoclaves N 40

41 Autoclaves Autoclave de vapor, horizontal N 41

42 Autoclaves Dimensiones habituales de autoclaves de vapor N 42 Horizontales de 4 canastos - Diámetro: 1200 mm - Longitud: 4000 mm - Capacidad: 4000 latas de 340 g tronco piramidal ó 640 latas de 2721 g rectangulares Verticales de 4 canastos - Diámetro: 1100 mm - Altura: 2700 mm - Capacidad: 3300 latas de 340 g tronco piramidal ó 500 latas de 2721 g rectangulares

43 Autoclaves continuos N 43

44 Autoclaves Autoclave de sobrepresión con ducha de agua N 44

45 Autoclaves Autoclave de sobrepresión con ducha de agua N 45

46 Autoclaves Autoclave de sobrepresión con ducha de agua N 46

47 Autoclaves Autoclave de sobrepresión con ducha de agua N 47

48 Autoclaves Autoclave de sobrepresión con ducha de agua N 48

49 Autoclaves Autoclave de sobrepresión con ducha de agua N 49

50 Autoclaves Autoclave con mezcla de vapor y aire N 50

51 N 51

52 Autoclaves N 52 Autoclave con sobrepresión inundado

53 Autoclaves Autoclave con sobrepresión inundado N 53 Nº de canastos por autoclave 4 de dimensiones: 775 mm x 685 mm x 680 mm. Carga por cada autoclavada: 1920 bandejas con 480 bandejas por carro. Distribuidas en 15 capas de 32 bandejas separadas por separadores plásticos perforados con agujeros de diámetro 20 mm (675 perforaciones).

54 Operación n autoclave inundado Referencias N 54 V1 V2 Agua Fría Agua Caliente Vapor Aire Válvula abierta Válvula cerrada Válvula manual Válvula automática Bomba operando Bomba cerrada Válvula de conexión Válvula de presión V3 Válvula de calentamiento del Tanque Superior V4 Válvula de control de presión para V7 V5 Válvula de purga V6 Válvula de venteo V7 Válvula de control de presión del enfriamiento II V8 Válvula de calentamiento del autoclave V9 Válvula de agua de enfriamiento V10 Válvula de drenaje HV12 Válvula de agua fría del Tanque Superior V13 Válvula de retención V14 Válvula de chequeo R Rotor P1 Bomba de circulación P2 Bomba de agua fría N Nivel del Tanque Superior

55 Operación n autoclave inundado Diagrama de Esterilización del Equipo STOCK-ROTOMAT SRV Calentamiento del Tanque Superior N 55 Agua fría Vapor V2 N V3 HV12 Caldera Superior Tanque Superior V4 V5 V14 V6 V1 V7 V8 V13 P2 V9 R Tanque Inferior o de trabajo Drenaje V10 P1

56 Agua fría Vapor ESTERILIZACIÓN Operación n autoclave inundado Diagrama de Esterilización del Equipo STOCK-ROTOMAT SRV Esterilización I N 56 V2 N V3 HV12 Tanque Superior V4 V5 V14 V6 V1 V7 V8 V13 P2 V9 R Tanque Inferior o de trabajo Drenaje V10 P1

57 Agua fría Vapor ESTERILIZACIÓN Operación n autoclave inundado Diagrama de Esterilización del Equipo STOCK-ROTOMAT SRV Esterilización II N 57 V2 N V3 HV12 Tanque Superior V4 V5 V14 V6 V1 V7 V8 V13 P2 V9 R Tanque Inferior o de trabajo Drenaje V10 P1

58 Agua fría Vapor ESTERILIZACIÓN Operación n autoclave inundado Diagrama de Esterilización del Equipo STOCK-ROTOMAT SRV Esterilización III N 58 V2 N V3 HV12 Tanque Superior V4 V5 V14 V6 V1 V7 V8 V13 P2 V9 R Tanque Inferior o de trabajo Drenaje V10 P1

59 Agua fría Vapor ESTERILIZACIÓN Operación n autoclave inundado Diagrama de Esterilización del Equipo STOCK-ROTOMAT SRV Enfriamiento I N 59 V2 N V3 HV12 Tanque Superior V4 V5 V14 V6 V1 V7 V8 V13 P2 V9 R Tanque Inferior o de trabajo Drenaje V10 P1

60 Agua fría Vapor ESTERILIZACIÓN Operación n autoclave inundado Diagrama de Esterilización del Equipo STOCK-ROTOMAT SRV Enfriamiento II N 60 V2 N V3 HV12 Tanque Superior V4 V5 V14 V6 V1 V7 V8 V13 P2 V9 R Tanque Inferior o de trabajo Drenaje V10 P1

61 Agua fría Vapor ESTERILIZACIÓN Operación n autoclave inundado Diagrama de Esterilización del Equipo STOCK-ROTOMAT SRV Drenaje Calentamiento del Tanque Superior N 61 V2 N V3 HV12 Tanque Superior V4 V5 V6 V1 V9 V13 R Tanque Inferior o de trabajo V10 P1

62 Regulaciones N 62 ARGENTINA - Código Alimentario Argentino - SENASA: Reglamento de Inspección de Productos, Subproductos y derivados de origen animal. Decreto 4238/68 E.E.U.U. - FDA 21CFR 113 Alimentos de baja acidez 21CFR 114 Alimentos acidificados - USDA/FSIS 9CFR Meat products 9CFR Poultry products

63 Regulaciones N 63 Regulaciones FDA centran la atención sobre 4 aspectos Adecuación de equipos y procedimientos para llevar a cabo operaciones de procesamiento seguras Adecuación de los registros para probar que las operaciones son seguras Justificación de que las condiciones tiempo temperatura de los procesos térmicos utilizados son adecuadas Idoneidad de los responsables de las operaciones de cierre de envases y procesamiento térmico

64 Instrumentación N 64 Indicador de temperatura El instrumento de referencia para la temperatura de proceso es el termómetro de mercurio en vidrio (USDA permite utilizar otros instrumentos de comprobada exactitud) El termómetro de mercurio debe: Poseer divisiones que permitan apreciar fácilmente 0,5 ºC. No más de 9,4 ºC por pulgada de escala (3,7 ºC/cm, USDA 4,0 ºC/cm) Instalarse donde pueda leerse fácilmente y esté protegido de daños mecánicos Calibrarse por lo menos una vez al año, o cuando haya dudas de su exactitud

65 Instrumentación N 65 Registrador de tiempo y temperatura Cada autoclave debe estar equipada con al menos un termógrafo para el registro permanente de temperatura y tiempo durante el proceso. Puede ser un sistema registrador-controlador Debe: Ajustarse para que los registros concuerden lo mejor posible con el indicador de temperatura Proveerse un sistema de seguridad para evitar cambios no autorizados en el ajuste. Las graduaciones de la carta no deberán exceder de 1,1 ºC dentro del rango de 5,5 ºC de la temperatura de proceso. La escala no tendrá más de 12 cm dentro del rango 11,1 ºC de la temperatura de proceso. Los intervalos de registro no deben ser superiores a 1 minuto.

66 Instrumentación N 66 Es obligatorio poseer un sistema de control de temperatura para el mantenimiento de la temperatura de proceso. FDA Y USDA recomiendan el uso de manómetro para el control de la presión de enfriamiento

67 Regulaciones N 67 Requisitos para operación en sala de esterilización Los procesos térmicos operativos deben estar bien visibles junto con los esquemas de venteo. Se debe evitar que producto sin procesar pase por procesado Control de movimiento del producto Indicador sensible al calor en los canastos La temperatura del envase más frío no debe ser inferior a la temperatura media establecida en el proceso

68 Registros ESTERILIZACIÓN Regulaciones N 68 Se debe llevar un registro de proceso en el que debe constar: Establecimiento Fecha de producción Número de lote Identificación del autoclave Tipo de envase Producto Código de producto

69 Registros ESTERILIZACIÓN Regulaciones Se debe llevar un registro de proceso en el que debe constar: N 69 Cantidad de envases Parámetros operativos del proceso: temperatura inicial, hora de inicio del calentamiento, hora y temperatura de cierre del venteo, hora de comienzo y finalización del proceso. Control de temperatura simultáneo en indicador y registrador. Nº de carta del registrador Firma del responsable Se archivan junto con el registro termográfico

70 Ejemplos Productos cárnicosc N 70 Producto Corned beef Cubed beef with Beef Broth (70/30) Paté de foie Picadillo de carne Envase 4,5 kg - R 4082 g - C 2721 g - R 340 g - TP 2721 g C 90 g - C 90 g - C Condiciones de proceso TI (ºC) Temp. (ºC) Tiempo (min)

71 N 71 Alteraciones microbianas de productos esterilizados Defecto de esterilización (proceso térmico insuficiente) Recontaminación posterior al proceso de esterilización

72 Alteraciones microbianas de productos esterilizados N 72 Carga microbiana inicial elevada Temperatura inicial demasiado baja Proceso térmico insuficiente Mayor peso neto Operación inadecuada del autoclave Mal funcionamiento de los instrumentos de control Instrumentos de control mal calibrados

73 N 73 Alteraciones microbianas de productos esterilizados Falta de hermeticidad en el envase Recontaminación posterior Falla en el material (microporo) Cierre incorrecto Daños por golpes

74 Cierre en envases metálicos N 74

75 Cierre en envases plásticos N 75 Fuerza de cierre Mordaza a alta temperatura Material de tapa Material de envase Zona fundida de PP para formar la soldadura Soporte del cuerpo del envase

76 N 76 Contaminación n por fugas Microorganismos alterantes y productores de gas Envases hinchados Microorganismos patógenos productores de ETAs

77 N 77