CINETICA DE LA DESTRUCCION TERMICA Dra. Carmen Velezmoro S. Maestra en Tecnologa de Alimentos Universidad Nacional Agraria La Molina Marzo 2011 En ptimas condiciones para el microorganismo, la carga inicial aumenta rpidamente 020004000600080001000012000140001600018000200000 5 10 15 20 25 30 35 40Tiempo de almacenamiento (minutos)Cuena bacteriana(UFC/ml)1101001000100001000000 5 10 15 20 25 30 35 40Tiempo (minutos)N (UFC/ml)El aumento de microorganismos se puede graficar en una escala logaritimica Cmo se destruyen los microorganismos? El calor afecta su sistema de reproduccin, pierden la capacidad de formar colonias Elgradodeinactivacindelos microorganismosdependerdeltiempoy latemperaturadeaplicacindel tratamiento trmico020004000600080001000012000140001600018000200000 5 10 15 20 25 30 35Tiempo (minutos)N (UFC/ml)1101001000100001000000 5 10 15 20 25 30 35Tiempo (minutos)N (UFC/ml)La inactivacin tambin se puede graficar en escala logartmica Alta carga microbiana requiere un proceso trmico adicional Perosepuedeafectarla calidaddelproducto,loque disminuirlaaceptacindel consumidor FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICOModelo de destruccin Trmica Modelo de Transferencia de calor Velocidad de muerte de microorganismos con la temperatura Velocidad de penetracinde calor en el alimento DISEO DEL PROCESO TERMICO FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICOCuando una concentracin de enzimas, microorganismosofactoresde calidadesexpuestaaaltas temperaturas,nosereduceacero instantneamente. Lareduccinenlaconcentracina cualquier tiempo (t) es proporcional a su concentracin inicial. FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICOLaCinticadedestruccintrmica explicaenformamatemticala velocidaddeinactivacindelos microorganismos,cuandostosson expuestos al calor: nTN kdtdN =n = 0 orden cero n = 1 primer orden n = 2 segundo orden A TEMPERATURA CONSTANTE La inactivacin con respecto al tiempo puede seguir diferentes tendencias FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICON kdtdNT =Seconocequelosmicroorganismosse inactivan,atemperaturaconstante, siguiendo una cintica de primer orden Nes la concentracin de microorganismos tes el tiempo kTeslaconstantecinticadevelocidad de inactivacin a temperatura T cte. CINETICA DE PRIMER ORDEN FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICOSi se conoce la Concentracin inicial demicroorganismos(No),apartirde la ecuacin anterior se puede calcular laconcentracinfinalparacualquier tiempo de tratamiento trmico CINETICA DE PRIMER ORDEN t )2,303k(0T10 N N =FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICOCINETICA DE DESTRUCCION TERMICA

Log (N) = Log (No) - (kT /2,303) t t )2,303(0T10kN N =Tambin se puede escribir como: DTes eltiemponecesarioparaquela concentracindisminuyaunciclo logartmico(reduccindel90%)auna temperatura constante. FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICOTTkD303 , 2=DT Tambin se conoce como tiempo de reduccin decimal FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICOCINETICA DE DESTRUCCION TERMICA TDtN N = ) log( ) log(0| | ) log( ) log(0N N D tT =FUNDAMENTOS DEL TRATAMIENTO TERMICOCINETICA DE DESTRUCCION TERMICA Usando el concepto de D se tiene que: Dedondesepuedecalculareltiempo parareducirlapoblacinde microorganismos a temperatura constante: Morg. TemperaturaD Medio (espora)C minutos Cl. botulinum tipo B 115,6 0,19 Setas PA 36791212,6 Buffer (pH 7) B. stearothermophilus 121 7,8 Leche B. coagulans110 9,0 Crema de maiz Byssochlamysnivea 70 60 SacarosaValores D para microorganismos formadores de esporas CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA Cuanto tiempo se necesita para reducir la poblacin de C. Botulinum de 1012a 1 en setas tratadas a 115,6C? CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA D115,6 = 0,19 minutos t = 0,19 (log 1012 log 1) t = 0,19 (12-0) t = 2,28 minutos Senecesitan2,28minutosa115,6Cpara reduciren12cicloslogartmicosla poblacin de C botulinum presente en setas Generalmenteestamosinteresadosen reducirlaconcentracinde microorganismos(esporas)enmasdeun ordendemagnitud(variosciclos logartmicos). - Mnimo de seguridad para la salud: Reduccin de 12 veces D para Cl. Botulinum D121 = 0,23 min 12 D121= 2,78 minutos -Esterilidad comercial : Reduccin de 5 veces D para Cl. Sporogenes PA3679 D121= 1,2 min 5 D121= 6 min ) log (log N No D FT T =TIEMPO DE DESTRUCCION TERMICA FT = minutos necesarios para disminuir la poblacin microbiana desde No hasta N, a temperatura constante Los mltiplos del valor D reciben el nombre de valor F. TIEMPO DE DESTRUCCION TERMICA Laconcentracinfinalsepuede expresar como la probabilidad de dao esperada en un lote de produccin N = 10-6 Significalaprobabilidadde encontrar un envase malogrado en una produccin de un milln. CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA Y si se trabaja a otra temperatura, que valor de DT deberamos usar? El valor DT vara con la temperatura CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA zes tambin un parmetro cintico deimportanciaeneltratamiento trmico que expresa la dependencia del valor D con respecto a la temperatura CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA Z indica los grados de temperatura necesarios para reducir 10 veces D Los valores de z tambin son tpicos de cada microorganismo: Cl. botulinum z = 10C B. fulva z = 5,5C D. nigrificansz = 18,8C CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA

Microorganismo Temperatura

D (min) Z F C F C Bacillus coagulans 250 121.1 0.07 18 10 Bacillus polymyxa 212 100 0.50 16 9 Clostridium pasteurianum 212 100 0.50 16 9 Mycobacterium tuberculosis 180 82.2 0.0003 10 6 Salmonella spp. 180 82.2 0.0032 12 7 Staphylococcus spp. 180 82.2 0.0063 12 7 Lactobacillus spp. 180 82.2 0.0095 12 7 Hongos y levaduras 180 82.2 0.0095 12 7 Clostridium botulinum Tipo E 180 82.2 2.5 16 9 CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA Ddepende de la Temperaturay F tambin? Curva TDT Llamada curva de Tiempo de Muerte Trmica Representa la variacin de D F con laTemperatura 105 110 115 120 125110100CURVA TDTz = 10oC D FD o F (minutos)Temperatura (oC)CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA 10s 1 h 1 m 1 s 60657075808590 Coliformes Tifus Tuberculosis Micrococos Curvas TDT de diferentes bacterias importantes en la pasteurizacinTemperatura (C) tiempo Foes una notacin para Fo significa que se trata del valor F a una Temperatura de referencia de 121C (250F) y un valor z de 10C (18F). 10121FTIEMPO DE DESTRUCCION TERMICA El Bacillus polymyxa tiene un valorD100 = 0,5 min y un z = 9C Si se desea realizar el tratamiento trmico a 109C, cul ser el valor D a esa temperatura? D109 = ? CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA 0,05 min El Bacillus polymyxa tiene un valorD100 = 0,5 min y un z = 9C Si se desea realizar el tratamiento trmico a 109C, aplicando un F= 5D cul ser el valor F a esa temperatura? F109 = ? CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA 0,25 min CINETICA DE DESTRUCCION TERMICA Se tiene una concentracin inicial de 104 esporas/ml de un morg. Que produce un dao comercial.Si se sabe que los parmetros cinticos del morg. Son: D121 = 1,5 miny z=10C. Y se piensa utilizar un proceso de esterilizacin a 111C con Fo = 8 min. Calcular si se cumple la probabilidad de encontrar 1 lata contaminada en 105 latas Losfactoresdecalidadsedegradan con una cintica similar a la de los microorganismos DESTRUCCION DE LOS FACTORES DE CALIDAD Sin embargo D y z son diferentes Reaccin Sustrato Orden Temp. (C) D (min) z (C) Degradacin de Tiamina Carnes 1 121,1 158 31 Degradacin de caroteno Hgado 1 121,1 43,6 25,5 Degradacin Vitamina C Arvejas 1 121,1 246 50,5 Oscurecimiento no enzimtico Leche 1 121,1 12,5 26 Degradacin de clorofila Arvejas 1 121,1 13,2 38,3 Prdida de calidad sensorial Varios 1 121,1 5 - 500 26 DESTRUCCION DE LOS FACTORES DE CALIDAD Proceso Temperatura z E(C) (C) (Kcal/mol)Inactivacin de enzimasDestruccin de Tiamina 100 33,2 19,3Efectos indeseablesOscurecimiento no enzim. 100 16,6 38,5Dest. De esporas de Cl .botulinum y otros morg. 100 10 63,8FACTORES DE CALIDAD Y MICRORGANISMOS DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA Modelo de Bigelow : DT , z Modelo de Arrhenius: kT, Ea MODELOS CINETICOS -Ea/RTTAe k =((

=refTref TT1T1R 303 . 2Ealogk - k logCINETICA DE DESTRUCCION TERMICA Cul es el valor de D a 65C para una enzima que tiene un D = 1 min a 80C y un z = 10C? zT TrefTref TD D= 10min 62 , 31 ) 10 ( 11065 80= =TD 110120130 140 150 Temperatura(C) 1000s 100s 10s 1s 1% destruccin de tiamina Destruccin de bacterias termfilas con letalidad de 9 ciclos logaritmicos UHT Zona de cambios de color en la leche por ONE tiempo OPTIMIZACION DEL TRATAMIENTO TERMICO DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LOS PARAMETROS CINETICOS Para microorganismos Para factores de calidad Se emplean mtodos a temperatura constante: Lquidos en tubos TDT Slidos en latas TDT Conociendolacinticadedestruccintrmica del microorganismo ms resistente, presente en elalimento(convalorzigualaldelmorg. Patgeno mas importante), es posible realizar el diseo del proceso trmico? T (C) 20 UHT UHT HTST Falta conocer el modo de calentamiento Estudios Cinticos a temperatura variable Para evaluar la degradacin de la textura en esprragos,Rodrigo et al. (1998) propusieron el siguiente modelo cintico: z r t =tiempo T = temperatura Fcal = Fuerza calculada (N) Mishra et al. (2007) determinaron la degradacin de antocianinas por mtodos no isotrmicos, en orujo de uva enlatada. Teixeira et al. (1997) propusieron un mtodo iterativo para la determinacin de parmetros cinticos para tratamientos trmicos dinmicos. Se necesita conocer las curvas de temperatura y la concentracin inicial y final del m.o. o del factor de calidad