II Congreso Iberoamericano sobre Seguridad Alimentaria V Congreso Español de Ingeniería de Alimentos Barcelona, 5 a 7 de Noviembre de 2008 CIMNE, España 2008 INFLUENCIA DE LA POSICIÓN EN EL PROCESADO TÉRMICO DE ALIMENTOS EN BARQUETAS PLÁSTICAS José Abril y Ana Casp Departamento de Tecnología de Alimentos Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos Universidad Pública de Navarra Campus Arrosadía. 31006 Pamplona Tf. 948169138. Fax 948169893 e-mail: jabril@acyja.com web: http://www.acyja.com/ Palabras clave: tratamientos térmicos, envases plásticos Resumen: En este trabajo se estudia como influye la posición de las barquetas en la intensidad del tratamiento térmico recibido. Se han utilizado barquetas de 500 ml de capacidad, con siliconas de dos viscosidades que se someten a tratamientos térmicos colocadas en 5 posiciones: boca arriba, boca abajo, en vertical e inclinadas a 45º (boca arriba y boca abajo) y se calcula la intensidad del tratamiento recibido. Se han encontrado diferencias significativas entre las distintas posiciones. Para las dos viscosidades ensayadas, las barquetas que se posicionan boca arriba (inclinadas o no) presentan la mayor dificultad para el calentamiento. 1. INTRODUCCIÓN La evolución de la demanda de los consumidores, lleva a la industria agroalimentaria a una diversificación de productos y en consecuencia a recurrir cada vez más a la utilización de envases de plástico rígido (barquetas). Sin embargo, el diseño de estos envases plásticos no es el más adecuado para facilitar su tratamiento térmico mediante lluvia de agua, que es el método generalmente utilizado en pasteurizadores y autoclaves industriales. Por una parte su sección trapezoidal, adecuada para su almacenamiento cuando están vacías, y por otra el ala, necesaria para producir la soldadura que cierra el envase, dificultan la circulación uniforme del agua por toda la superficie del envase y por ello complican el proceso de transmisión de calor. Dada la forma del envase, es evidente que su posición influirá en la velocidad de transmisión de calor [1]. La utilización de productos naturales en los estudios de tratamientos térmicos de alimentos envasados incrementa la dificultad de los trabajos de transferencia de calor, debido a la importante variabilidad que presentan. Estos problemas se hacen más evidentes cuando se necesita utilizar repetidas veces alimentos de distinto comportamiento frente a la transmisión de calor. Los productos naturales no permiten más que una sola utilización, ya que el 111
tratamiento térmico modifica sus propiedades físicas y por ello su respuesta al próximo calentamiento. Además, es muy difícil conseguir que distintas porciones de un alimento tengan idéntica respuesta frente a un tratamiento térmico, debido a su variabilidad natural. En los estudios de transferencia de calor en alimentos envasados es conveniente por tanto utilizar simuladores que presenten características térmicas definidas y constantes y que no se modifiquen con los tratamientos térmicos continuados [2]. En la bibliografía se encuentran muchos productos utilizados para la simulación de alimentos desde los primeros trabajos publicados sobre tratamientos térmicos. Se han utilizado suspensiones de bentonita a distintas concentraciones, para simular productos que se calientan por conducción y por convección [3], [4], [5] y [6]. También se han empleado suspensiones acuosas de agar [7] y [8] para la simulación de alimentos que se calientan por conducción. En el estudio de los procesos de calentamiento por convección se ha empleado una amplia gama de productos, desde el agua, hasta aceites térmicos, pasando por soluciones acuosas de etilenglicol, azúcar, glicerina, almidón, etc [9]. Los mejores resultados se obtienen con elastómeros de silicona que permiten simular tanto los procesos por convección como por conducción debido a la amplia gama de viscosidades disponibles, a su estabilidad a las temperaturas de procesado y a la buena reproducibilidad obtenida [2], [10], [11] y [12]. El objetivo de este trabajo es estudiar como influye la posición de las barquetas en el momento de recibir el tratamiento térmico sobre la transferencia de calor desde el fluido calefactor hasta el centro térmico del envase, estudiando cinco posiciones distintas y trabajando con dos siliconas de diferente viscosidad que simulen la transmisión de calor por convección y por conducción. 2. MATERIALES Y MÉTODOS Siliconas En los ensayos se han utilizado elastómeros de silicona fluidos fabricados por la empresa Rhodia Silicones S.A.S. de Saint-Fons (Francia). Esta empresa produce aceites de silicona de viscosidades comprendidas entre 5 y 1.000.000 mm 2 /s. En este ensayo se han utilizado las de 300 y 10000 mm 2 /s, para simular un calentamiento por convección y por conducción respectivamente Composición: dimetil polisiloxanos de cadena lineal Propiedades Rhodorsil 47V300 Rhodorsil 47V10000 Viscosidad a 25ºC (mm 2 /s) 300 10000 Densidad a 25ºC (Kg/m 3 ) 970 973 Calor específico (kj/kg.k) 1,46 1,50 Conductividad térmica (W/m.K) 0,16 0,16 Coef viscosidad/temperatura* 0,62 0,62 112
* Coeficiente viscosidad viscosidad a 100º C = 1 temperatura viscosidad a 40º C Envases Se emplearon barquetas de material multicapa: PP/EVOH/PP, utilizado generalmente para tratamientos de esterilización en autoclave, de dimensiones: 155 x 105 x 50 mm, de 500 ml de capacidad, selladas con lámina de la misma composición. Las barquetas se sellaron en una cerradora ILPRA mod. Basic, produciéndose en el cerrado un vacío de 0,2 bar para eliminar el aire interno y evitar presiones excesivas en el interior de la barqueta durante el tratamiento térmico. Las barquetas se colocaron en el autoclave en 5 posiciones: 2 horizontales: boca arriba y boca abajo, vertical 2 inclinadas a 45º: boca arriba y boca abajo. Autoclave: Los tratamientos térmicos se han realizado en un autoclave piloto Micro-Marr (H.J.M. Marrodán, Lodosa), que trabaja con ducha de agua sobrecalentada. El proceso se controla por medio de un autómata programable con el que se fijan las condiciones de trabajo: Subida de la temperatura: 4ºC por minuto Temperatura de proceso: 100ºC Presión: 1,5 bar Tiempo de proceso: 25 minutos Temperatura del agua de enfriamiento: 17-20ºC Tiempo total por operación: 55 minutos. Medida de la temperatura: Se registran las temperaturas de recinto y del interior de los envases, cada 10 segundos, mediante un data logger Ellab Tracsense de dos sondas PT-100 una de ellas de penetración, situada en el centro térmico del envase y la otra situada de forma que tome la temperatura del agua de proceso. Para cada ensayo se han realizado tres repeticiones, es decir, se han realizado tres cocidas diferentes del mismo envase. Cálculos: La letalidad del tratamiento (Fo) se ha calculado a partir de los valores de temperatura del producto siguiendo el método general por integración numérica usando la regla del trapecio. Para el análisis estadístico de los resultados se ha utilizado el paqueta estadístico Statgraphics Plus versión 5.1. 113
3. RESULTADOS En la tabla 1 se resumen los resultados obtenidos para Fo en las barquetas con los dos tipos de silicona, puede observarse en ella la correcta repetibilidad alcanzada en los ensayos y la diferencia de comportamiento de las dos siliconas ante el mismo tratamiento térmico. Fo Rhodorsil 47V300 Rhodorsil 47V10000 1 2 3 1 2 3 Boca arriba 16,4 16,0 16,1 2,4 2,9 2,6 Boca abajo 16,8 16,5 16,4 6,1 6,0 5,7 Vertical 18,2 17,3 17,5 2,5 2,4 2,6 45º arriba 15,8 14,5 14,6 1,7 1,7 1,8 45º abajo 16,4 16,9 17,1 5,9 5,5 6,2 Tabla 1.- Valores de Fo alcanzados en los tratamientos En la tabla 2 se presenta el análisis de rango múltiple para las barquetas con Rhodorsil 47V 300 y en la 3 el correspondiente a las de Rhodorsil 47V 10000. Método: 95,0 porcentaje LSD Posición Frec. Media Grupos homogéneos 45º arriba 3 14,9667 X Boca arriba 3 16,1667 X Boca abajo 3 16,5667 X 45º abajo 3 16,8 X Vertical 3 17,6667 X Tabla 2.- Análisis de rango múltiple para Fo en barquetas con Rhodorsil 47V 300 Método: 95,0 porcentaje LSD Posición Frec. Media Grupos homogéneos 45º arriba 3 1,73333 X Vertical 3 2,5 X Boca arriba 3 2,63333 X 45º abajo 3 5,86667 X Boca abajo 3 5,93333 X Tabla 3.- Análisis de rango múltiple para Fo en barquetas con Rhodorsil 47V 10000 114
4. CONCLUSIONES La posición influye de forma significativa en la intensidad del tratamiento térmico alcanzado por el producto que se encuentra en el envase. Para los dos tipos de productos la peor posición ha sido la de la barqueta boca arriba inclinada 45º, seguida de la posición boca arriba horizontal. Es evidente que en estos casos es máximo el efecto de paraguas del ala. Las posiciones boca abajo (horizontal o a 45º) se comportan bien para los dos tipos de productos, ya que en este caso se ha eliminado el efecto de ala. En la posición vertical las corrientes de convección se ven favorecidas, por lo que ésta será la mejor posición para el caso de que efectivamente puedan producirse (viscosidad baja). Cuando estas corrientes no se produzcan (viscosidad alta), esta posición obtendrá unos resultados intermedios. 4. BIBLIOGRAFÍA [1] Abril Requena, J. y Casp Vanaclocha A. (2004). Procesado térmico de alimentos en barquetas plásticas. III Congreso Español de Ingeniería de Alimentos. Pamplona (España), ISBN 84-688- 7989-4, pág. 785-788. [2] Abril Requena, J. y Casp Vanaclocha A. (2006). Empleo de sistemas modelo para el estudio de la transmisión de calor en alimentos envasados IV Congreso Español de Ingeniería de Alimentos. Córdoba (España). [3] Jackson, J.M. y Olson, F.C.W. (1940) Thermal processing of canned foods in tin containers. IV. Studies of the mechanisms of heat transfer within the container. Food Res., 5(4). 409-420. [4] Robertson, G.L. y Miller, S.L. (1984) Uncertainties associated with the estimation of the F 0 values in can which heat by conduction. J. Food Tecnol. 19, 623-630. [5] Bhowmik, S.R. y Hayakawa, K. (1988) Quality retention and steam consumption of selected thermal processes. Lebensm.-Wiss. u.- Technol. 21(1) 13-19. [6] Shin, S. y Bhowmik, S.R. (1993) Determination of thermophysical properties of plastic cans used for thermal sterilization of foods. Lebensm.-Wiss. u.-technol. 26, 400-405. [7] Evans, H.L. (1958) Studies in canning processes. II. The effects of the variation with temperature of the thermal properties of foods. Food Technol. 12(6), 276-280. [8] Holdsworth, S.D. (1997) Thermal processing of packaged foods. Blackie Academic & Professional, London. [9] Swain, M.V.L.; Russell, S.L.; Clarke, R.N. y Swain, M.J. (2004) The development of food simulants for microwave oven testing. Int. J. Food Sci. Technol. 39, 623-630. [10] Bown, G.; Nesaratnum, R. y Peralta Rodriguez, R.D. (1985) Computer modelling for the control of sterilization processes. Technical Memorandum Nº 442. Campden and Chorleywood Food Research Ass. Chipping Campden. [11] Peralta Rodriguez, R.D. (1987) Heat transfer in flame sterilisation of liquid food simulants. Technical Bull. Nº62, 46 pp., Campden Food Preservation Res. Ass. [12] Smout, C.; van Loey, A. y Hendrickx, M. (1998) Heat distribution in industrial-scale water cascading (rotary) retort. J. Food Sci. 63(5), 882-886. 115