curso tratamiento térmico junio 2012

TRATAMIENTO TÉRMICO EN LA

INDUSTRIA ALIMENTARIA

FRANK CUBA MAYO

¿PORQUÉ APLICAR TRATAMIENTO TÉRMICO A UN ALIMENTO?

o Reducir la flora microbiana presente en los alimentos

o Evitar las alteraciones producidas por los microorganismos no patógenos

o Aplicar el grado de calentamiento/enfriamiento adecuado a cada alimento en cuestión

¿QUÉ SE BUSCA CON LA APLICACIÓN DE TRATAMIENTO TÉRMICO A UN

ALIMENTO?o Destruir los microorganismos que puedan

afectar a la salud del consumidoro Destruir los microorganismos que puedan

alterar el alimentoo Inactivación enzimáticao Optimizar la retención de factores de calidad a

un costo mínimo

¿DE QUE DEPENDE EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE UN ALIMENTO?

o La termo-resistencia de los microorganismos y enzimas presentes en el alimento

o La carga microbiana inicial que contenga el alimento antes de su procesado

o El pH del alimentoo El estado físico del alimento

ESTABLECIMIENTO DEL PROCESO TERMICO

MICROORGANISMO BASE DEL DISEÑO ( MAS TERMORRESISTENTE)

1) RESISTENCIA TERMICA DEL M.O CAPAZ DE SOBREVIVIR

• Alimento

pH

Composición (sal, azúcar, aw)

Props. físicas

• Envase: - vacío

2) CONCENTRACION INICIAL DE m.o.’s EN EL ALIMENTO• Tipo de Alimento

• Manejo Previo

Factor D

F

TRANSFERENCIA DE CALOR AL ALIMENTO.

1) ALIMENTOEdo Físico (sólido, fluido, )Comp. (grasa, almidón)Temp. inicial

2) ENVASE (SI LO HAY) Geometría, tamaño MaterialEsp. cabeza

3) SISTEMA DE ESTE- RILIZACIÓN Temperatura Medio de Calent. (agua, aire, fuego, vapor)Agitación

V

D,z

DESTRUCCIÓN TÉRMICA (T, t)

DE SISTEMAS BIOLÓGICOS

m.o.’s

enzimas

nutrimentos

Características Sensoriales

alimento

La cinética de 1er. Orden puede expresarse:

-dC = KTC dt

Velocidad de destrucción

Cte. Veloc. de reacción

Concentración del componente en

cuestión

(1)

CdC

C0

Cdt= KT

t0

t(2)

Resolviendo la integral:

- ln C + ln C0 = KT (t – t0) (3)

O bien,

log C = log Co - KT t 2.303

cuya representación gráfica se muestra a continuación:

1

10 -1

10 -2

10 1

10 2

D

t1 t2

C0

t (min)

Log Núm.

Sobrevivientes

D = Tiempo de reducción decimal

m = -log C0 – log C = -log C0/ log C = D D

= - 1/D

m = - KT/ 2.303

- KT/ 2.303 = - 1/D

D = 2.303

KT

Cinética de primer orden para la destrucción de microorganismos

(Curva de Sobrevivientes) a T cte.

De la “Curva de Sobrevivientes”, se obtiene que :

DT = tiempo de reducción decimal (min) a una temperatura dada (T)

= tiempo necesario para reducir en un 90% la población microbiana

= tiempo necesario para que la Curva de Sobrevivientes atraviese un ciclo logarítmico

CONSIDERANDO QUE D ES ESPECÍFICO PARA CADA TEMPERATURA, AL GRAFICAR EN ESCALA LOGARÍTMICA LOS VALORES DE D CONTRA T, SE OBTIENE:

Tiem

po d

e M

uert

e té

rmica

(min

)

Log

D T

0.1

1

10

220 240 260 280 T (ºF)

m = -1z

T2 T1

z

El inverso de la pendiente de la curva TMT está representado por el valor z , que equivale al intervalo de temperatura necesario para que la curva atraviese un ciclo logarítmico.

ENTONCES, SE NECESITA DETERMINAR EL TIEMPO DE CALENTAMIENTO NECESARIO PARA OBTENER LA ESTERILIDAD COMERCIAL, POR LO TANTO SE TIENE LO SIGUIENTE:

De la Curva de Sobrevivientes se sabe que:

dtnd )(log

= DT

1

Donde n = número de esporas por unidad de volumen

--------------- (1)

De la curva de TMT, se tiene que

dTDd )(log =

z1 ------------ (2)

Como D está en función de la T , DT cambiará conforme avance el proceso.Por lo que integrando la ecuación (2), se define esa dependencia de la siguiente manera:

T

Tref

D

D

Dlog =z1

T

refT

dt

log DT – log DTref = zTT ref )(

log

Tref

T

DD

=zTTref

DT = DTref 10)(

z

TrefT

-------- (3)

Sustituyendo (3) en (1) , se tiene:

b

a dtnd log

=TrefD1

t

zTTref

dt

0)(

10Resolviendo la integraldel lado izquierdo:

ab loglog =

TrefD1

t

zTTref

dt

0)(

10

Ecuación que define el valor para un Proceso Térmico, esto es, el cálculo del tiempo.

zTrefF = )log(log baDTref

t

zTTref

dt

0)(

10

TIPOS DE PROCESOS TÉRMICOS

TIPOS DE PROCESOS TÉRMICOS

ESTERILIZACIÓN COMERCIAL PROCESO QUE SE ELIMINAN MICROORGANISMOS

PATOGENOS Y DETERIORATIVOS QUE SON CAPACES DE DESARROLLARSE EN CONDICIONES NORMALES DE ALMACENAMIENTO NO REFRIGERADO.

GENERALMENTE SE ELIMINAN:o HONGOS Y LEVADURASo BACTERIAS PATOGENASo ESPORAS DE Clostridium botuliniumo MICROORGANISMOS DETERIORATIVOS MESÓFILOS

MICROORGANISMO PATRÓN Clostridium botulinium

TIPOS DE PROCESOS TÉRMICOS DENTRO DE ESTE TIPO DE PROCESAMIENTO SE INCLUYE:o PRODUCTOS ENLATADOS TRADICIONALMENTEo PRODUCTOS PROCESADOS ASEPTICAMENTE

PASTEURIZACIÓN PROCESO QUE SE REDUCE EL NÚMERO DE

MICROORGANISMOS PATOGENOS Y DETERIORATIVOS, DE MANERA QUE EL PRODUCTO PUEDE TENER UNA VIDA UTIL MEDIA A TEMPERATURA DE REFRIGERACIÓN Y/O CONGELACIÓN.

ALGUNOS MICROORGANISMOS PATRÓN:o Listeria monocytogeneso Virus Hepatitis A – Norwalk.o Hongos y Levaduras

TIPOS DE PROCESOS TÉRMICOS

ALGUNOS PRODUCTOS:o PASTAS RELLENAS REFRIGERADAS.o MARISCOS CONGELADOS.o EMBUTIDOS REFRIGERADOS.o PRODUCTOS ACIDIFICADOS.

TIPOS DE PROCESOS TÉRMICOS

SISTEMA DE ESTERILIZACIÓN DE PRODUCTOS

ENVASADOS

AUTOCLAVE ESTÁTICO VAPOR

AUTOCLAVE ESTÁTICO INMERSIÓN EN AGUA

AUTOCLAVE ESTÁTICO INMERSIÓN EN AGUA

AUTOCLAVE ESTACIONARIO VAPOR/AIRE

AUTOCLAVE CASCADA DE AGUA

SISTEMA DE ESTERILIZACIÓN DE PRODUCTOS ENVASADOS

AUTOCLAVE ESTÁTICO VAPOR/AIRE

AUTOCLAVE ESTÁTICO CASCADA DE AGUA

AUTOCLAVE ESTÁTICO EN SPRAY

AUTOCLAVE ROTATORIO INMERSIÓN EN AGUA

AUTOCLAVE ROTATORIO

ESTERILIZADORES CONTINUOS

Sistema Sterilmatic

ESTERILIZADORES CONTINUOS

Sistema Sterilmatic

ESTERILIZADORES CONTINUOS HIDROSTÁTICO

DISEÑO DE AUTOCLAVE E INSTRUMENTOS

CRITERIOS QUE DEBE CUMPLIR: Destrucción de microorganismos que representan un

peligro para la salud o que puedan producir descomposición en los alimentos.

Aplicación controlada de calor y presión. Asegurar la aplicación de procesos de esterilización de

tal manera que las letalidades conseguidas en cada uno de los recipientes estén siempre dentro de los valores programados y con un mínimo de variabilidad.

Las características sobre detalles de diseño, equipamiento y servicios, según los tipos de autoclaves y sistemas de esterilización, deben estar referidas por guías, códigos o manuales desarrollados por entidades especializadas nacionales o internacionales.

DISEÑO DE AUTOCLAVE E INSTRUMENTOS

POTENCIAL DEL VAPOR DE AGUA PARA CALENTAR

El vapor en contacto con los envases transfiere una gran cantidad de calor (calor latente) mientras se condensa y esta pérdida de vapor es compensada con más vapor de tal manera que la temperatura se mantiene constante.

IMPORTANTE: Vapor puro sin mezcla con aire.

DISEÑO DE AUTOCLAVE E INSTRUMENTOS

AUTOCLAVES A VAPORDISTRIBUIDRO DE VAPOR

AUTOCLAVES A VAPORVENTEOS

Son aberturas grandes en los autoclaves controladas por válvulas utilizadas para remover el

aire durante el periodo de venteo

AUTOCLAVES A VAPORVENTEOS

El aire actúa como un aislante alrededor de los envases y puede causar un sub-proceso y deterioro

Ubicados en puntos opuestos al ingreso de vapor

AUTOCLAVES A VAPORPURGAS

Es posible ubicarlos en otros lugares, siempre y cuando se tenga la información de la distribución de la temperatura.

OPERACIÓN AUTOCLAVES A VAPOR

ETAPA DE VENTEO

TIEMPO DE LEVANTE (C.U.T)

TIEMPO PROCESO TÉRMICOENFRIAMIENTO

OPERACIÓN AUTOCLAVE

VAPOR

DURACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

• La temperatura y duración del tratamiento deben ser tales que aseguren la destrucción total de los esporos más resistentes al calor que pudieran hallarse en el producto.

• La resistencia al calor de estos esporos depende de varios factores:

– Acidez del medio (pH): cuanto más ácido sea menor será la termoresistencia.

– Proteínas, grasas y otras sustancias no tóxicas que pueden protegerlos…

DURACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

• Teóricamente no se puede destruir la totalidad de la carga inicial de esporas, puesto que su eliminación obedece a una curva de muerte de tipo logarítmico.

• Se considera que un producto es “comercialmente estéril” si permanece durante unos 3 minutos (2,52) a 121ºC en todos sus puntos, tiempo necesario para reducir en 10-12 el número inicial de esporas de Clostridium botulinum.

• Las temperaturas del tratamiento térmico no son tan elevadas ya que mermarían considerablemente las cualidades organolépticas y nutricionales de los productos así tratados.

• A mayor tiempo, menor temperatura es necesaria. Generalmente se trabaja a 110ºC-116ºC. Preferibles procesos cortos.

DURACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

• Para poder comparar procesos a temperaturas distintas, aparece el concepto de F0 como el tiempo en minutos durante el cual el alimento está sometido a la temperatura de121ºC

• Dos tratamientos térmicos serán equivalentes si su F0 es la misma.

DURACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

F0 = t x 10 (T-250)/z

t: tiempo tratamiento en minutosT: temperatura tratamiento ºFz: “valor z” 18ºF

• El valor de F0 se calcula experimentalmente a partir de las curvas de penetración de calor que muestran la temperatura del interior del producto durante la esterilización

• Se obtiene colocando termopares en el interior de las latas y en posiciones determinadas dentro del autoclave.

• El F0 se obtiene matemáticamente a partir de:

DURACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

2

1

z250)(Tt

t0 dt10F

DURACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO

CONSIDERACIÓN• Importante tener presente los efectos del calor sobre los

componentes nutritivos del alimento enlatado: las altas temperaturas provocan la destrucción de gran cantidad de vitaminas.

• El tiempo final de tratamiento dependerá del producto (pescado y cobertura), de la temperatura de trabajo y del formato de lata empleado.

• Las características sanitarias y de estabilidad que el tratamiento térmico confiere a la conservas no se verán modificadas mientras el envase permanezca herméticamente cerrado.

CURVAS DE PENETRACIÓN DE CALOR - CÁCULO DE VALOR Fo

0

3

6

9

12

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fo (m

in)

Tem

pera

tura

(°C

)

Tiempo (min)

Temperatura de la Retorta

Temperatura enel Punto Frío

Fo ( 121,1� C, z = 10ºC)

PRUEBA N � II26/07/2011

Valor FoFo9 = 6,072 min.

75 min x 115,88� C (240,59� F)

Curva de Penetración de Calor en Conserva de Sólido de atún

en aceite vegetal, 1/2 lb tuna, 307x109-2P-t/AF

CURVAS DE PENETRACIÓN DE CALOR - CÁCULO DE VALOR Fo

0

3

6

9

12

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60

Fo (m

in)

Tem

pera

tura

(°C

)

Tiempo (min)

Temperatura de la Retorta

Temperatura enel Punto Frío

Fo ( 121,1� C, z = 10ºC)

PRUEBA N � XVII04/08/2011

Valor FoFo7 = 9,042 min.

35 min x 115,94� C (240,69� F)

Curva de Penetración de Calor en Conserva de Pota en trozos al natural, 1 lb tall-300x407-3P

CURVAS DE PENETRACIÓN DE CALOR - CÁCULO DE VALOR Fo

0

3

6

9

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Fo (m

in)

Tem

pera

tura

(°C

)

Tiempo (min)

Temperatura de la Retorta

Temperatura enel Punto Frío

Fo ( 121,1� C, z = 10ºC)

PRUEBA N � XIV03/08/2011

Valor FoFo12 = 6,141 min.

95 min x 115,97� C (240,75� F)

Conducción. Convección.

Conducción- Convección.

TRANSFERENCIA DE CALOR EN ALIMENTOS

Es una región crítica ya que es en donde hay mayor posibilidad de que los m.o.’s

presentes en el alimento sobrevivan.

VALIDACION DE PRODUCTOS TRATADOS

TÉRMICAMENTE

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA PARA LOCALIZAR LA ZONA FRIA DEL EQUIPO Y DEFINIR PROCESOS DE OPERACIÓN.(VENTEO,LEVANTE,ETC)

PRUEBAS DE PENETRACIÓN DE CALOR PARA MEDIR LA VARIACIÓN DE TEMPERATURA EN EL PUNTO FRIO DEL ENVASE CON PRODUCTO.SE CALCULA LA LETALIDAD LOGRADA.

VALIDACION DE PRODUCTOS TRATADOS

TÉRMICAMENTE

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

SALA DE CALDEROS

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

SALA DE AUTOCLAVES

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

SALA DE AUTOCLAVES TUBERIA DISTRIBUIDOR DE VAPOR

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

SALA DE AUTOCLAVESINSTRUMENTOS DE CONTROL

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

SALA DE AUTOCLAVES LINEA VENTEOESPITAS

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

SALA DE AUTOCLAVES CONTROL AUTOMATICO

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

SALA DE AUTOCLAVES LINEA DE CONDENSADO

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

DIAGRAMA DISTRIBUCIÓN DE CALORPOSICIÓN DE LAS TERMOCUPLAS

1

A

A 1

3 4 2 1112 1314 1516 56 78 910

Carro N° 1

1112 1314 1516

Carro N° 2

56 78 910

PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA

GRAFICO DISTRIBUCIÓN DE CALOR

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Tem

pera

tura

(°C

)

Tiempo (min)

Temperatura de la Retorta

PRUEBA N � I25/07/2011

Autoclave Nº 291 min x 116,21� C (241,18� F)

1ra Prueba de Distribución de CalorAgua

1 lb tall, 300 x 407- 3P

Registro Nº

Autoclave Nº

Venteo ºC x Min.

Levantada Min.

Proceso Térmico ºC x Min.

Diferencia de Temperatura ºC

I

2

104,29° x 4 (219,72°F)

9

116,21º x 91 (241,18 ºF)

116,21° ± 0,24º

(241,18 ± 0,43 ºF)

PRUEBAS DE PENETRACIÓN DE CALOR

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

PRUEBAS DE PENETRACIÓN DE CALOR

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

PRUEBAS DE PENETRACIÓN DE CALOR

DIAGRAMA PARA LA PRUEBA DE PENETRACION DE CALOR

Carro N° 1

111213141516

Carro N° 2

5678910

A

A

1 3 4 2

111213141516 5678910 1

PRUEBAS DE PENETRACIÓN DE CALOR

POSICIÓN DE TERMOCUPLAS EN EL ENVASE Y EN LOS COCHES DEL AUTOCALVE

0

3

6

9

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Fo (m

in)

Tem

pera

tura

(°C

)

Tiempo (min)

Temperatura de la Retorta

Temperatura enel Punto Frío

Fo ( 121,1� C, z = 10ºC)

PRUEBA N � I12/06/2012

Valor FoFo5 = 6,087 min.

95 min x 115,63� C (240,14� F)

Curva de Penetración de Calor en Conserva Sopa concentrada de anchoveta tipo menestron,

1 lb tall, 300x407-3P

PRUEBAS DE PENETRACIÓN DE CALOR

N Producto Tipo de Prueba Peso Peso Peso Peso Venteo Levante Temperatura Proceso Enfriamiento FoEnvase N° Neto Cocido Llenado Drenado Inicial Térmico proceso

(g) (g) (g) (g) (°C x Min) (minutos) (°C) (°C x Min) (°C x Min) (minutos)Sopa 1 lb

Concentrada de tall 3' a 27,42 °C 115,63 °C x 95 44,48 °C x 151 anchoveta tipo 300x407 I 425 160 230 260 - 270 103,55°C 10 (81,36 °F) (240,14 °F) (112,06 °F) 6,087

Menestrón 3 pzas (218,39°F)

EQUIPOS DE MONITOREO

SISTEMA ELLAB

EQUIPOS Y ACCESORIOS DE MONITOREO

SISTEMA ELLAB

EQUIPOS Y ACCESORIOS DE MONITOREO

SISTEMA DATATRACE

EQUIPOS DE MONITOREO

SISTEMA DATATRACE