ingenieria procesos
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PROCESOS ALIMENTARIOS - CONTROL DE PROCESOS- ESTERILIZACION - PASTEURIZACION. AUTOCLAVETRANSCRIPT
CINTICA DE LA DESTRUCCION TERMICA DE LOS MICROORGANISMOS
APUNTES SOBRE PROCESO TERMICO- VIDA UTIL
ASIGNATURA DESARROLLADA EN LA FOPCA UNFV
AUTOR:
MAG : VICTOR MANUEL TERRY CALDERON
En el ao 1876 Louis Pasteur public distintos trabajos acerca
de sus investigaciones sobre la cerveza. Prob que la fermentacin
alcohlica al igual que la descomposicin biolgica est ligada
a microorganismos vivientes. Los ensayos que realiz demostraron
que los microorganismos responsables de la fermentacin
yputrefaccin de la cerveza, mueren a temperaturas elevadas.
Sus trabajos describieron un tratamiento trmico en la botella
cerrada a temperaturas entre 69 C y 75 C.
Sus descubrimientos constituyeron la base para la elaboracin
de cerveza con propiedades cualitativas predeterminables,
ya que, hasta ese momento, el proceso normal era la fermentacin
espontnea. Estos conocimientos fueron la piedra fundamental
para el cultivo de levaduras puras y para lograr una fermentacin
controlada. Las tasas de mortandad de grmenes halladas
en esa poca, bien como las temperaturas determinadas
en forma experimental, an hoy constituyen el estado actual
de conocimientos.
Definicin de Tecnologa de alimentosToda operacin simple o compleja que se aplica al recurso alimentario, optimizando mano de obra, bienes de capital y energa. Bajo un aseguramiento de la calidad, y protegiendo al medio ambiente.
Concepto de alimento
Alimentoacualquier sustancia slida o lquida que ingieren los seres vivos con el objetivo de regular su metabolismo y mantener sus funciones fisiolgicas como ser la de latemperatura corporal, es decir, los seres humanos necesitamos s o s alimentos para reponer la materia viva que gastamos como consecuencia de la actividad del organismo y porque necesitamos producir nuevas sustancias que contribuyan al desarrollo de nuevos tejidos que ayuden directamente a nuestro crecimiento.
La advertencia. Todos, deben saber quela privacin de alimentos conduce a la malnutricin, de ah se pasa a la inanicin y de esta a la muerte hay un camino muy corto. La falta de alimentos para cualquier organismo ser devastador para su conservacin, subsistencia y desarrollo. Est comprobado que la deficiente alimentacin afecta directa y negativamente la inteligencia y la emocin de las personas. Lamentablemente, muchos lugares del mundo tienen enquistado el hambre y son la prueba de todos estos desenlaces negativos que mencionamos.
Se conoce comoalimentos perecederosa aquellos que inician su descomposicinde manera rpida y sencilla. Este deterioro est determinado por factores como latemperatura, lapresino lahumedad.
Lasbacteriasy loshongosestn entre los microorganismos capaces de destruir los alimentos perecederos. Estos alimentos frescos cuentan con enzimas que favorecen la degradacin y que alteran el sabor y la textura, entre otras caractersticas.Otra categora de alimentos son lossemi-perecederos, que tambin se deterioran con relativa facilidad aunque permanecen a salvo de los daos por ms tiempo. Entre estos alimentos pueden mencionarse a los tubrculos y las nueces.Para conservar los alimentos perecederos, la mejor opcin es utilizarheladeras(tambin conocidas como frigorficos o refrigeradores) ocongeladoresque ofrecen un entorno con bajas temperaturas.
Otra posibilidad es incluiraditivos qumicoscomo sales o cidos en losalimentospara evitar el desarrollo de microorganismos. De esta forma, los alimentos logran conservar sus propiedades nutricionales durante ms tiempo.
Clasificacin:Se han propuesto numerosas formas de clasificar a los alimentos naturales, entre ellas podemos citar:1) Por su naturaleza:a) Vegetales b) Animalesc) Minerales2) Por su composicin qumica:(segn el nutriente que ms abunda)a) Hidrocarbonadosb) Proteicosc) Grasosd) Vitamnicose) Con fibras3) Por la funcin principal que cumplen en el organismo:a) Energticosb) Plsticosc) Reguladores4) Por su procedencia:a) Crneosb) Lcteosc) Huevosd) Cereales, Pastas y Legumbrese) Hortalizas y Frutas
f) Aceites y grasasg) Azcares y dulcesh) Infusiones y Bebidas5) Por sus posibilidades de conservacin:a) Perecederosb) Semi-Perecederosc) No PerecederosDentro de cada sub-categora existe una amplia variedad de alimentos naturales, y un sinnmero de derivados y subproductos que se obtienen a partir de la manufactura y el procesamiento industrial de los mismos.Mtodos de la Tecnologa de alimentos
Latecnologa de los alimentosque estudia la elaboracin, produccin y manejo de los productos alimenticios destinados al consumo humano.
1. Conservacin de los alimentos :
1.1. Mantener sus cualidades fsicas, qumicas, organolpticas y nutricias
1.2. Incrementar la vida til del alimento
1.3. Incrementar el consumo de alimentos procesados
2. Transformacin de los alimentos:
2.1. Modificaciones de orden fsico, qumico, biolgico que se efecta sobre el alimento.Lneas de InvestigacinLnea de Investigacin Contenidos
11. Desarrollo de Ingeniera, tecnologa de alimentos e innovacin
Implica el desarrollo de las tcnicas de conservacin y transformacin de los alimentos de origen nacional, implementando nuevos diseos de productos, forticandolos otros, mejorando el diseo, y desarrollo de tecnologa1.Diseo de nuevos productos, modificaciones, reemplazo de insumos .
2.Determinacion de parmetros en operaciones y procesos unitarios
3. Modelos matemticos
22. Ciencia y calidad alimentaria
Tiene como implicancia, la investigacin de la composicin proximal, nutricional y micronutrientes de alimentos frescos o procesados, asimismo el estudio relacionado con estabilidad del alimentos, microbiolgico, aceptacin, establecimiento de valares para los puntos crticos del plan HACCAP y higiene e sanidad alimentaria1 Composicin de alimentos, macro y micronutrientes
2 Microbiologa de alimentos
3 Toxicologa de alimentos
4 Evaluacin nutricional
5. Higiene y sanidad
6 Estudio sensorial
33. Proteccin ambiental y tecnologas de mitigacin
Es conocido que la Industria alimentaria es una de las actividades que contaminan el ambiente, despus de la minera y de los vertimientos domsticos. Teniendo implicancia de las emisiones gaseosas , efluentes y residuos slidos que vierten al cuerpo receptor.1 Caracterizacin de los agentes contaminantes
2 Tratamiento y gestin de residuos slidos, efluentes y emanaciones gaseosas
44. Gestin de la empresa
Se requiere que una vez el producto diseado, determinado la tecnologa, este estudio se eleve a un nivel estudio tcnico econmico, a nivel de proyectos de inversin a nivel de factibilidad, para estos nuevos productos y las variantes que se puedan dar.1 Proyectos de Inversin a nivel de factibilidad
2 Estudio tcnico econmico
3 TQM
4 ISOs
5 Tecnologa de la Produccin
6.Diseo de planta.
Tecnologa de Conservacin de alimentos
1. Conservacin de alimentos por calor
Pasteurizacin
Esterilizacin
2. Conservacin de alimentos frio
Por refrigeracin
Por congelacin
3. Conservacin de alimentos por reduccin de actividad de agua
Secado de alimentos
Deshidratado de alimentos
Incremento de solutos
Incremento de solutos y evaporacin
4. Conservacin de alimentos por aditivos qumicos
Fungicidas
5. Conservacin de alimentos por radiacin
6. Tecnologas emergentes.
Tecnologa de transformacin de alimentos
1. Transformacin fsica
2. Transformacin qumica
3. Transformacin biolgica
CINTICA DE LA DESTRUCCION TERMICA DE LOS MICROORGANISMOS.-
EL TIEMPO DE REDUCCIN DECIMAL (VALOR DT).-
Es el tiempo requerido para reducir una poblacin bacteriana, a un 10%, a una temperatura constantes. ( Tiempo requerido para que la curva de sobrevivencia de microorganismos atraviese un ciclo logartmico).
Al exponer una suspensin de microorganismos a una temperatura letal, se produce en funcin del tiempo una disminucin de la poblacin microbiana capaz de reproducirse en condiciones normales. Estas temperaturas letales dependen del microorganismo considerado y del medio.
La destruccin de microorganismos por calor, no significa, una destruccin en el sentido fsico sino una prdida de la capacidad de reproducirse. Los microorganismos al ser sometidos al calor hmedo a una temperatura letal, se inactivan o destruyen en una forma exponencial con el tiempo, siguiendo el comportamiento cintico de una reaccin monomolecular a una reaccin bimolecular de primer orden, que expresado en una ecuacin sera:
(1)
Integrando se obtiene:
(2)
donde:
k = constante de velocidad de reaccin (min-1)
N = nmero de microorganismos viables
t = tiempo
D = representa el tiempo necesario para reducir la poblacin microbiana a la
dcima parte ( tiempo de reduccin decimal).
Haciendo
Reemplazando en (2), se obtiene:
(3)
o tambin
reemplazando en (2)
(4)
-Valores de D para algunos microorganismos
Clostridium botulinun
Clostridium sporogenes
Bacillus stearothemophiles
Byssochlamys fulva
Se tienen lo siguientes datos de un experimento de destruccin trmica de una suspensin de esporas a 112 C.
Tiempo (min)Numero de sobrevivientes
0106
41.1 x 105
81.2 x 104
121.3 x 103
Ecuacin base:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Grafica de los valores de la tabla y anlisis de regresin
Haciendo una Regresin Analtica
Log (No) = 6,6984
R2= 0,963
Clculo de la constante de velocidad de destruccin de microorganismos (k)
B =
k = 0,72289 min-1Clculo del valor del tiempo de reduccin decimal
DT =
Sustituyendo valores
D112C= 3,1816 min
.EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL VALOR DE K.-
El valor de la constante de velocidad de destruccin (K) es principalmente funcin de
la temperatura. Esta relacin se puede representar segn Arrhenius por:
(3)
donde: Ea = Energa de activacin (cal / mol.)
T = Temperatura absoluta
C = Constante emprica
R = Constante general de los gases
Quiere decir que las clulas microbianas, como las molculas qumicas, necesitan absorber una cierta cantidad de energa (energa de activacin) para que se produzca su inactivacin. Se ha encontrado que la distribucin de energa de las molculas o de las clulas microbianas, sigue una distribucin normal, dada por la ecuacin de Maxwell:
N = Nmero de microorganismos inactivados
No = Nmero total de microorganismos
R=Constante:
T = Temperatura absoluta
Ea = Energa de activacin (BTU / clula) -Si se tiene que la expresin:
- La ecuacin queda reducida a:
(4)
Algunos valores de Energa de Activacin:
Bacillus Stearotemophilus 67 700 cal/mol
Clostridium Botulinun
82 100 cal/mol
Tiamina
26 000 cal/mol
Tripsina
12 000 cal/mol
Lipasas pancretica
4 200 cal/mol
Catalaza
5 000 cal/mol
Considerando la Ecuacin de Arrhenius se determina el otro parmetro cintico conocido como el valor Z. Bajo el principio de que un intervalo corto de temperaturas la Energa de activacin permanece constante.
Para una Temperatura tal como T1, la ecuacin sera:
y para una Temperatura T2:
Cambiando de signo la ecuacin queda:
Correlacionando las ecuaciones para las temperaturas T1 y T2.
Luego:
pero:
Reemplazando en la Ecuacin:
Se puede apreciar que la expresin: , representa matemticamente la pendiente de la ecuacin, entonces:, la cual se reemplaza en la ecuacin anterior.
Expresin matemtica que nos permite determinar el tiempo de reduccin decimal en un rango de temperaturas. El valor (Z) est en relacin directa a la resistencia a la temperatura, es decir a mayor resistencia a la temperatura mayor ser el valor (Z).
Al igual que los microorganismos, los componentes de los alimentos como las protenas, vitaminas, grasas, carbohidratos y los factores organolpticos (color, olor, sabor y textura). se destruyen, desnaturalizan o se inactivan como en el caso de las enzimas en forma exponencial con el tiempo; siendo vlidas para ellos las ecuaciones antes enunciadas.
Se puede definir un valor de (Z) para reacciones de carcter qumico que se producen cuando se calientan alimentos, como la elevacin de la temperatura que permite reducir a la dcima parte el tiempo necesario para que se realice una transformacin dada.
Las transformaciones consideradas pueden ser reacciones de Maillard, es decir reacciones entre la funcin seudo-aldehdica de un azcar reductor y la funcin amina de los aminocidos.
Durante el tratamiento trmico se pueden destruir ciertos elementos constitutivos como la tiamina aminocidos y desnaturalizar protenas.
Segn Jackson (1945) para destruir 10% de la tiamina en carne de cerdo hacen falta 2,100 segundos a 99(C; o 300 segundos a 126.7(C, el valor Z se puede deducir para la tiamina de la expresin:
Parmetros tpicos de la cintica de la destruccin trmica
Tipo de reaccinValor Z (C)Valor D121,1
Tiamina25-27120-254 min
Vitamina C281,12 dias
Vitamina B12281-94 dias
Vitamina A4012,4 min
Riboflavina285 min
Clorofila (a,b)50-8013-116 min
Carotenos190,038 min
Betamina4519,5 min
Antocinanina23-33102-110 min
Metionina20-214,5 min
Lisina2113.1 min
Desnaturalizacin de Protenas5-7
Color39-4117-25 min
Calidad total15-281-6 min
Clostridium botulinum100,2 min
Destruccin de enzimas35-403 min
En el caso particular de las enzimas, se toma como valor de referencia a la Peroxidaza, enzima presente en la alverjitas verdes y que causa una rpida decoloracin de las misma; este valor a una temperatura de referencia de 100(C y con un valor (Z) de 29(C es igual a 42 minutos.
Mediante la experimentacin se ha logrado establecer valores en los cuales la prdida del valor alimenticio durante el tratamiento trmico de un producto es la mnima, logrndose la mejor calidad posible; para el clculo de este factor se ha evaluado la desnaturalizacin de protenas, prdida de aminocidos, vitaminas, carbohidratos al igual que el logro de las mejores condiciones fsico organolpticas en el producto final. A este valor se le denomina factor (C) que para productos lquidos en general, se ha establecido a una temperatura de referencia de 100(C y un valor (Z) de 25(C igual a 10 minutos.
Para productos slidos el valor (C) es de:
El conocimiento de todos estos factores nos permitir en la prctica lograr el proceso ms conveniente a fin de conseguir un mejor producto final.
El valor Z, en procesos UHT y HTSTZ; es la pendiente de la curva de destruccin trmica o llamada tambin la curva fantasma y representa los grados de temperatura para la curva atraviese un ciclo logartmico. Mide el cambio de tasa de destruccin trmica en relacin con el cambio de la temperatura. Y tambin se le define como el numero de grados de temperatura para lograr un cambio de 10 veces en la tasa de destruccin trmica.
El grafica se muestra las curvas de destruccin trmica para un microorganismo patgeno (Salmonella Z= 7 C) y para una vitamina (acido ascrbico Z=32.C).
Se puede observar que a bajas temperaturas y tiempos prolongados, la vitamina C se destruye antes que el patgeno, mientras que temperaturas altas y tiempo bajos, es posible destruir el patgeno sin daar la vitamina..EL VALOR Q10Se utiliza para la descripcin del efecto de la temperatura sobre la velocidad de la reaccin:
Por definicin:
donde kT1, es la constante de velocidad a la Temperatura T1 C y kT2 , es la constante de velocidad a temperatura T2 C donde:
se ha deducido que :
Luego reemplazando en la ecuacin general se obtiene:
pero: , haciendo
despejando:
Reemplazando en la ecuacin general:
O tambin
Tabla de valores de Q10B1Z = 56 CQ10 = 2,1
B2Z = 50 CQ10 = 2,3
PeroxidasaZ = 47 CQ10 = 2,5
EndoesporasQ10 = 4 a 11
Celulas vegatativasQ10 = 70
Reacciones qumicas -biologicasQ10 = 2 a 2,5
Desnaturalizacin de protenas y microorganismosQ10 = 10 a 20
Relacin entre Q10 y la Energa de activacin
Para una temperatura Ta la ecuacin es:
Para una ecuacin Ta+10 la ecuacin ser:
Se mantiene constante el valor koLuego Q10 ser:
Para un intervalo corto de temperaturas la energa de activacin se asume constanteEn un estudio de inactivacin de la enzima Peroxidaza en rabanitos, se obtuvieron los siguientes valores, determine sus constantes cinticas.
Datos:
Concentracin de la Peroxidasa (%) a diferentes temperaturas
TIEMPO (MIN)T: 230FT: 240FT: 250F
0100%100%100%
102612,64,1
1513,85,00,65
207,01,70,12
254,00,5
K = ?
DT = ?
Solucin:
TIEMPO (MIN)T: 230FLog (C)T: 240FLog (C)T: 250FLog (C)
0100%2100%2100%2
10261.4149733512,61.100370554,10.61278386
1513,81.139879095,00.698970,65-0.1870866
207,00.845098041,70.230448920,12-0.9208188
254,00.602059990,5-0.30103
T = 230F =110C
De la ecuacin de regresin:
Obtenemos:
A= 1.9884
B = -0.0563
R2 = 99.91%
Como:
T = 240F =115.5C
De la ecuacin de regresin:
Obtenemos:
A= 2.0183
B = -0.0909
R2 = 99.82%
Como:
T = 250F =121.1C
De la ecuacin de regresin:
Obtenemos:
A= 2.0232
B = -0.1464
R2 = 99.92%
Como:
De los cuales se obtiene:
T (C)DT (min)Log (DT)
11017.761.24944296
115.5111.04139269
121.16.830.8344207
De la ecuacin de regresin:
Obtenemos:
A= 5.3613
B = -0.0374
R2 = 100%
De los cuales tenemos:
Hallamos el valor Q10
PROBLEMAS PROPUESTOS
UNIDAD: PROCESO TERMICO
Tpico: Cintica de la Destruccin Trmica:
Valor k
Valor DT Energa de Activacin
Valor Z.
Valor Q101.- Calcular la concentracin de sobrevivientes en una suspensin, despus de ser sometido por 20 minutos a 220 F, conociendo que se tiene una concentracin inicial 106 / ml, siendo su constante de velocidad de destruccin trmica de k = 0,01 min-1
2.- Evaluar la razn constante de velocidad trmica ( valor k que describe la muerte trmica de las esporas de bacterias a 242 F y valor DT. Teniendo la siguiente tabla:
Tiempo ( min)Sobrevivientes (n)
0106
52,8 x 105
107,8 x 104
152,2 x 104
206,1 x 103
251,7 x 103
3.- La inactivacin de las esporas del Cl, sporogenes a 240 F, dio los siguientes resultados. Determine el valor k, y Dt.
Ntiempo (min)sobrevivientes (N)
1122,6 x 107
2122,5 x 107
3122,4 x 107
4242,1 x 106
5241,8 x 106
6241,9 x 106
7361,6 x 105
8361,5 x 105
9361,8 x 105
10481,4 x 104
11481,2 x 104
12481,2 x 104
N: nmero de anlisis efectuados
4.- En un estudio de inactivacin de la enzima Peroxidaza en rabanitos se obtuvieron los siguientes valores, determine sus constantes cinticas
Concentracin de la Peroxidaza (%) a diferentes temperaturas
tiempo (min)T: 230 FT: 240 FT: 250F
0100 %100 %100 %
102612,64,1
1513,85,00,65
207,01,70,12
254,00,5
5.- La siguiente tabla ilustra la muerte trmica de un microorganismo hipottico, sometido a un tratamiento trmico de 240 F, 245F y 250 F
tiempoN (240 F)N (245 F)N (250 F)
010 00010 00010 000
1-- 2 450
2- 1 950 600
3-- 150
5- 385 37
6 1 350- 10
7 700 75 3
8 360 15
9-
12 185
14- 97
6.- Se tienen los siguientes datos de un experimento de resistencia trmica de una suspensin de esporas a 112 CTiempo (min)Nmero de sobrevivientes
0106
41,1 x 105
81,2 x 104
121.3 x 103
Determinar la constante de velocidad de destruccin trmica y el tiempo de reduccin decimal
7.- La concentracin de cido L-ascorbico en jugo de fruta varia durante su almacenamiento al aire libre (concentracin inicial 50 mg/ 100 ml 100%), de acuerdo a la siguiente tabla determina determine el valor k y DT
tiempo (min)CONCENTRACIN (%)
1 20079,1
2 30059,2
3 60048,1
4 14044,0
8 10023,0
9 54016,7
8.- Determinar el valor del tiempo de reduccin decimal si se disponen de los siguientes datos de resistencia trmica de una suspensin de esporas.Tiempo (min)Nmero de sobrevivientes
0106
152.9 x 105
308.4 x 104
452.4 x 104
606.9 x 103
9.- Los resultados de una experiencia de resistencia trmica dieron un valor de D = 7,5 minutos a 110 C. Si haba 4,9 x 104 supervivientes a los 10 minutos, determinar el cociente (N/No ) a los 5, 15 y 20 minutos.10.- Determinar las constantes cinticas para un microorganismo que presenta los siguientes tiempos de reduccin decimal D110=6 minutos, D116=1,5 minutos, D121=0,35 minutos y D127=0,09 minutos. 11.- Los tiempos de reduccin decimal (D), para una suspensin de esporas se midieron a varias temperaturas, obtenindose los siguientes datos, determinar sus constantes cinticas.Temperatura (C)D minutos
10427,5
10714,5
1107,5
1134,0
1162,2
12.- Si el valor Z de un microorganismos es 19 C calcular el valor Q1013.- Si el valor Z, de un microorganismo es 16,5 C y el D121 es 0,35 minutos , determinar el valor a D11014.-La retencin de la Vitamina B1 en carne de cerdo se describe en los siguientes datos obtenidos a 121 C:
Tiempo (minutos)% de retencin
2,695
7,490
15,080
47,050
Si el valor Z= 12 C, determine sus constantes cinticas
15. La constante cintica del Clostridium sporogenes se , determinar los valores a Temperaturas de 110, 115 y 120 C.
16. Se tiene la siguiente tabla de destruccin trmicoT =33CT = 25CT = 42CT = 30C
Tiempo% Conc.Tiempo% Conc.Tiempo% Conc.Tiempo% Conc.
0100010001000100
265.4293.523.46280.8
442.8487.540.12465.4
628.1681.26------653.89
818.4876.58------842.6
10121071.610------1034.5
Determinar sus constantes cinticas
17. Calcular el nmero de sobrevivientes (N) para una suspensin de microorganismos cuya concentracin inicial es No = 106 m.o. /ml el valor Z= 20 C, para D250F= 25 s. , determinar tambin ra D180 F, D240 F
18 El Instituto Swedish Food Research, realizo un trabajo de evaluacin sensorial de aceptabilidad para el grated de pescado sometido a diferente tiempos de procesos trmicos, siendo los resultados los siguientes:
Excelente :
8 puntos
Bueno:
6 puntos
Aceptable :
5 puntos
Malo :
3 puntos
TiempoEs
(110C)TiempoEs (116C)Tiempo Es
(122C)TiempoEs
(128C)
116.5106.566.566
505,4205.9205.2105.4
744,8404.8403.3154
703222.2
Es: evaluacin sensorial a temperatura programada
Tiempo: minutos
Determine sus constantes cinticas
19. La vitamina B1 tiene el siguiente parmetro cintico.
a.- Determinar el tiempo requerido para una perdida del 20% del nutriente a 240 F
b.- Determinar el tiempo requerido para una perdida del 50 % del nutriente a 240F
20. Determinar la energa de activacin de acuerdo a los siguientes datos:
Temperatura FK (min-1)
2200.0363
2250.0685
2300.133
2350.247
2400.455
21. El valor cintico de ciertas clulas vegetativas es , para vitamina B1 es , encontrar a que temperatura las constantes de velocidad (k) son iguales, y explique el comportamiento de las constantes de velocidad a temperaturas mayores y menores del punto de equilibrio.
22. Efecto de la temperatura de calentamiento sobre el tiempo necesario para destruir las esporas de bacterias de LA fermentacin simple Temperatura CTiempo para destruir esporas, min
1001200
105600
110190
11570
12019
1257
1303
1351
Estructure un modelo matematico de los resultados y explquelo.
23. Efecto de la cantidad inicial de esporas sobre el tiempo necesario para su destruccion
Concentracion inicial de esporas Tiempo necesario para destruirlas, min
50 00014
5 00010
5009
508
Estructure su modelo matematico y explique el problema y su resultado
24 Efecto del pH sobre la termoresistencia de las esporas del Bacillus subtilispHTiempo de supervivencia
4,42
5,67
6,811
7,611
8,49
Interpretacion matematica y explique el problema y su resultado24. Aplicaciones de valor Z, en procesos de UHT y HTSTConociendo los valores de las constantes cineticas interpretar los resultados de las presentes valores
Un microorganismos tiene un valor
Y para un factor nutriente su valor es
La ecuacin bsica es
Resuelva la siguiente tabla
NTemperatura
CD, para el microorganismoD, para el nutriente
1100
2102
3104
4106
5108
6110
7112
8114
9116
10118
11120
Grafique los resultados en papel semilogaritmico e intrprete los resultados, calcule a que temperatura las lneas se cruzan.25 teniendo la siguiente tabla de valor DtParmetros tpicos de la cintica de la destruccin trmica
Tipo de reaccinValor Z (C)Valor D121,1
Tiamina25-27120-254 min
Vitamina C281,12 dias
Vitamina B12281-94 dias
Vitamina A4012,4 min
Riboflavina28
Clorofila (a,b)50-8013-116 min
Carotenos190,038 min
Betamina4519,5 min
Antocinanina23-33102-110 min
Metionina20-214,5 min
Lisina2113.1 min
Desnaturalizacin de Protenas5-7
Color39-4117-25 min
Calidad total15-281-6 min
Clostridium botulinum100,2 min
Destruccin de enzimas35-403 min
26. El primer valor de DT es para microorganismos, y el siguiente valor es para un nutriente.
Grafique los resultados en papel semilogaritmico (Excel) e intrprete los resultados, calcule a que temperatura las lneas se cruzan.
1. 4 min 60 min
2. 4min
50 min
3. 6 min
50 min
4. 12 min
50 min
5. 6 min
30 min
6. 4 min
13 min
7. 6 min
13.1
Plantee el problema ?
. EL EFECTO LETAL (LT)
Se determina que para cada temperatura existe un efecto letal (Lt), que tiene la siguiente expresin:
Para una temperatura T= 250 F, el Tiempo de muerte Trmica ser: F.
Y para una Temperatura T, el tiempo de muerte trmica ser: tLa grfica de lo planteado, en un papel semilogartmico se aprecia en la Figura N
Y considerando la ecuacin que la ecuacin de la pendiente es:
Reemplazamos los valores planteados:
Cambiando de signo
A fin de poder simplificar los clculos se ha determinado que Fo = 1 min
Luego
Haciendo
Reemplazando
Para alimentos de Baja acidez, el valor Z = 18 F Z = 10 C
Luego para Temperaturas en el punto ms fro ser T = Tpmf
Para temperaturas en el punto ms fro en F
Y para temperaturas en el punto ms fro en C
GENERALIDAD SOBRE PROCESO TERMICO
El termino es utilizado para los alimentos colocados en envases hermticamente sellados, a los cuales se les aplica calor por un tiempo definido y a una temperatura dada, bajo ciertas condiciones especificas
PRINCIPIOS
a.- Deber estar diseado de forma tal que destruya los organismos vivos
(Bacterias) capaces de deteriorar los alimentos y/o de ser perjudicial para la salud.
b.- Deber conservar en lo posible, las cualidades organolpticas y nutricias de los alimentos.
c.-El ajuste de la intensidad del proceso trmico para eliminar los microorganismos productores de alteraciones y cuyos principales factores son:
c.1. Termoresistencia de los microorganismos
c.2. Naturaleza fsica y qumica del alimento
c.2. Velocidad de penetracin de calor.
El proceso trmico para alimentos de baja acidez deber ser establecidos por personas calificadas como expertos y que tiene los conocimientos para los requerimientos de un proceso trmico en envases hermticos y tienen las facilidades para realizar las respectivas determinaciones
El tipo rango y combinacin de las variaciones encontradas en la produccin comercial debern ser comprobadas por los expertos, los factores crticos, que pueden afectar e un proceso trmico como es espacio mnimo, consistencia, drenaje mximo, peso, etc. Debern ser especificados.
Los mtodos cientficos aceptables para establecer el tiempo de proceso trmico debern estar incluidos, cuando sea necesario, se incluyen datos de tiempo de muerte trmica de los microorganismos, procesos de calculo basados en la penetracin de calor, en empaques inoculados y ensayos de incubacin.
FACTORES A CONSIDERAR PARA EL DISEO
Empezar con la bacteria para cuya eliminacin se disea el proceso trmico
El clculo depende del conocimiento que se tenga de los siguientes factores:
1. Naturaleza del producto
2. Consistencia o tamao de partcula
3. Tamao del envase
4. Detalles del proceso del enlatado
5. Fuente, hbitat y la termo resistencia al calor de las bacterias contaminantes.
Teniendo esta informacin, el clculo se concreta a averiguar por cuanto tiempo deber ser calentada un tipo de producto, en un tamao de envase especifico, a una temperatura prctica, de forma tal que se destruyan aquellos organismos causantes del deterioro, por lo que el tiempo depende de la obtencin de datos confiables, sobre la penetracin de calor, es decir cuan rpido o cuan lento se calentar un producto a una temperatura dada.
TRATAMIENTO TERMICO PROGRAMADO
El tratamiento trmico programado es aquel proceso que sido previamente diseado para proveer esterilidad comercial, bajo ciertas condiciones de uso. Este es el proceso que de acuerdo a las regulaciones debe de cumplirse, en forma idntica o en exceso.
Cuando se disea un proceso trmico, para algn alimento este es especifico para tal alimento, su formulacin, mtodo de preparacin, tamao de envase en el cual se procesa, tipo de autoclave. Y no puede ser alterado a menos que se tenga instrucciones precisas para el cambio por personas u organizaciones reconocidas como autoridades en proceso trmico.
Se califica un alimento de baja acidez como sigue:
Es cualquier alimento, que no sean bebidas alcohlicas, con un equilibrio final de pH de 4,6 a ms y actividad de agua mayor 0,85, tambin se incluye cualquier fruta de baja acidez, vegetales o productos vegetales, en los cuales para propsito del proceso trmico, el valor de pH, es producido por acidificacin. Los tomates, las peras y las pias u otros jugos, que teniendo un pH de 4,9 o menos, no sern calificadas como alimento de baja acidez.
PERIODO DE UN PROCESO TERMICO
OPERACIONDESCRIPCIONEN EL ENVASE
Venteo o puesta en rgimen (CUT)El aire es forzado a ser evacuado, por el vapor y la temperatura del medio se eleva hasta alcanzar la temperatura programada (TR)El contenido del envase, incrementa su contenido calrico, las presiones internas dentro del envase se incrementan
CalentamientoLa temperatura en el autoclave se mantiene constanteSe incrementa la temperatura en el punto mas fro. Mantenindose en ese limite por tiempo programado, mantenindose la presin interna dentro del envase
EnfriamientoLa presin de la autoclave se reduce hasta un valor atmosfrico ingresando el componente agua-aire, que realiza la operacin de enfriamientoEl contenido del envase se enfra hasta una temperatura programada. Y las presiones internas dentro envase se reducen
EL VACIO EN LOS ENVASES
l vaci producido en los envases, ayuda a preservar el sabor y los principios nutricios como las vitaminas, previene la corrosin interna de los envases, reduce la presin interna del envase durante el proceso trmico, crea condiciones desfavorables para el desarrollo de las bacterias aerbicas, elimina los gases del alimento y evacua el aire contenido en el espacio libre del envase
El calentamiento del envase y del producto en esta etapa es importante ya que reducira el tiempo de proceso trmico, dependiendo de la temperatura inicial de su contenido To.
La presin parcial del contenido del envase sellado, decrece al ser enfriado, creando un vaco. Sobre la base de estudios se ha logrado determinar que el valor del tiempo de agotamiento es proporcional al contenido del calor
El tiempo de calentamiento del contenido es inversamente proporcional a la temperatura de agotamiento y directamente proporcional al dimetro del envase y a la masa del producto.
donde:
t : tiempo de calentamiento
D: dimetro del envase
m. masa del producto
T: temperatura
k: constante de proporcionalidad (determinada experimentalmente)
Una recomendacin importante es que despus de haber realizado el sellado de los envases, y antes de que ingresen al periodo de esterilizacin, deber de realizarse el lavado de los envases eliminando de esa forma los restos de material en la superficie que podra traer consigo una transmisin de calor defectuosa.
Un exceso de presin durante la esterilizacin causa problemas en los cierres, que durante este periodo los alimentos se expanden en un 3 a 6%, lo cual puede acarrear problemas posteriores. Una cada rpida de presin vapor en los autoclaves podra traer consigo la deformacin de los envases, y una forma de prevenir el exceso de la presin interna es asegurando un alto vaco.
Un acpite importante y bastante descuidado, que a veces se ignora, es el rpido desarrollo de microorganismos en los productos intermedios, que pueden causar problemas en los alimentos enlatados, y esto sucede cando el alimento que esta siendo procesado no se esteriliza de inmediato.
Es necesario conservar las reglas de higiene escrupulosamente, introduciendo a los autoclaves conteniendo la menor cantidad de microorganismos. Se han realizado estudios de desarrollo de microorganismos entre la operacin de cierre y el proceso de esterilizado, dando los siguientes resultados.
Alimento sellado en su envase:
15 000 25 000 m,o
Alimento sellado fuera del autoclave antes de
ser esterilizado:
15 minutos:
35 000 57 000 m,o
30 minutos:
85 000 150 000 m,o
60 minutos
250 000 900 000 m,o
TIEMPO DE MUERTE TRMICA (VALOR F)
Este es uno de los valores ms ampliamente usados y mide el valor de la esterilizacin del diseo del producto, tanto como el valor requerido para conservarlo en los sistemas de procesamiento son incluidos los factores de seguridad.
Cuando se usa el valor F, como una medida del proceso de esterilizacin, para el punto ms fro del envase, la determinacin se utiliza empleando sensores fsicos y el valor F, se empleando integrando los datos de tiempo y temperatura.
En la determinacin de un proceso trmico, se compara el F, calculado con el F, recomendado.
Los tecnlogos expertos en esterilzacin deben conocer como se define Fo, sino tamben:
El Fp, calculado para el producto
El Fo requerido para la preservacin microbiologica.
Siendo el factor de seguridad.
Definido como el tiempo requerido para inactivar los microorganismos patgenos, en envases hermticamente sellados, por un tiempo y temperatura, de forma tal que los microorganismos que pudieran sobrevivir no se encuentran en posibilidad de desarrollarse, bajo las condiciones de almacenamiento.
El modelo matemtico para la determinacin del valor F, es:
n: Nmero de reducciones decimales a efectuar para conseguir la esterilizacin comercial.
Dt : Tiempo de reduccin para el microorganismos representativo.
Pero n tiene la siguiente deduccin:
No : Nmero de microorganismos inicial
Nf : Probabilidad de supervivencia de una espora termoresistente
Por lo tanto:
BASES MICROBIOLOGICAS PARA EL CALCULO DE Fo.
1. Dar seguridad desde el punto de vista de la salubridad publica, preservando el deterioro por el Clostridium botulinum, y considerando que la espora sobrevive a un proceso trmico de 10-9PUNE = 10-92. Preservando el deterioro , por microorganismos no patgenos Preservar contra la formacin de orgaismos no esporulados mesfilos. La probabilidad de que los microorganismos mesofilos sobrevivan a un proceso termico es de 10-6PUNE = 10-6 Preservar contra el desarrollo de las esporas de microorgaismos termofilos, considerando la probabilidad sea menor a 10-3PUNE = 10-3PUNE: probabilidad de unidad no esteril
Probabilidad de deterioro
La probabilidad de deterioro se utiliza para el clculo de envases deteriorados durante el procesamiento de un lote de producto
Segn F= D(log(No) log(N))
Si r es el numero de envases procesados y el No, el nmero de esporas iniciales en cada envases entonces la carga inicial al comienzo del proceso trmico es: log(rNo)Y al final ser :
log(rN)
luego reemplazando en el valor F
luego :
Considerando que el proceso trmico debe alcanzar una probabilidad de un microorganismo por lote
Determinar la probabilidad de deterioro de un proceso trmico con un Fo = 6 minutos a 113 C, cuando D113C =4 minutos y la poblacin microbiana es de 104 por envases
Calculando D121.1C
r =2,1 x 106Se puede esperar un deterioro de aproximadamente 2 envases por 106 envases
2.2.2.1. MTODO GENERAL (BIGELOW)
El mtodo general o de Bigelow, se fundamenta en la evaluacin de un solo punto, en una conserva, al cual se le denomina punto ms fro de una conserva (pmf), en base a lo cual, Bigelow postulo los siguientes principios.
Si el punto ms fro de un envase esta estril todos los dems puntos sern estriles
Que para cada temperatura existe un efecto letal (Lt), el cual es acumulativo en el tiempo.
La base matemtica es la siguiente:
aplicando logaritmos
derivando la expresin
pero:
luego:
pero:
Por lo tanto reemplazando
Despejando:
Integrando
donde:
Sustituyendo
La ecuacin deducida es una funcin de la Temperatura y del tiempo, la cual no puede ser resuelta por clculo diferencial, debindose recurrir a los mtodos numricos.
Para alimentos de baja acidez y alto pH.
Se hacen las siguientes consideraciones para efectuar los clculos
o su equivalente en grados Celsius
La temperatura
El valor o su equivalente
Asimismo el termino se emplea cuando los valores de la temperatura estn en F.
O, cuando los valores de la temperatura estn en C.
Por lo tanto la ecuacin de Bigelow quedara de la forma siguiente:
, para temperaturas en F
, para temperaturas en C
Empleo de mtodos numricos (La ecuacin de los trapecios)
Para fines prcticos se consideran
Por lo cual la expresin queda:
Donde el valor de efecto letal (Lt) se calcula para temperatura en el punto ms fro (Tpmf).
Con lo cual se obtiene la curva de efecto, cuya integracin por el mtodo de los trapecios nos da el valor del rea bajo la curva, es decir el valor F, del proceso.
En alimentos con pH mayor de 4.5, el rango de reduccin o destruccin microbiana, con una cobertura de seguridad aceptable, se establece tomando como referencia al Clostridium Botulinum, que es la bacteria esporulada patgena productora de toxina ms resistente al calor; para el caso de alimentos de pH inferior a 4.5 el microorganismo de referencia es el Byssothlamys Fulva.
Efecto del tratamiento trmico sobre el valor nutritivo de la leche
Prdidas
Nutrimento UHT Esterilizacin en botella
Tiamina 10 35
cido Ascrbico 25 90
Vitamina 13,2 10 90
cido flico 10 50
Acido pantotnico 0 0
Biotina 0 0
13-caroteno 0 0
Piridoxina 10 50
Vitamina D 0 0
Protenas sricas 12-40* 87
Lisina - 10
Cistina 13
Valor biolgico 6
* UHT directo a 135C durante 2 segundos (12.3%), UHT indirecto a 135C durante 2 segundos (40.3%)Tabla II
Efecto de la esterilizacin convencional y por envasado asptico
sobre las prdidas vitamnicas en tiamina y piridoxina
Prdidas en tiamina % Prdidas en
piridoxina (%)
Producto UHT Mtodo UHT Mtodo
convencional convencional
Arvejas 15.8 40.3 9.5 10.1
Carne vacuna 9.2 21.6 4.1 2.9
Concentrado de 0 2.8 0 0
Tomate
En la Tabla III podemos observar la relacin entre los distintos parmetros indicadores de sensibilidad ante la temperatura.
Datos de destruccin trmica
D121C (mn) Z (C) Q10 Ea,
(kcal/mol)
Vitaminas 100-1000 72-12.7 2,1-2.5 20-30
Destruccin de enzimas 1-10 11.1-37.8 1.5-31 12-100
Clulas vegetativas 0.002-0.02 11.1-13.3 31-178 100-120
Esporas microbianas 01-5.0 5.6-11.1 6.5-31 53-83
(cepas termorresistentes)
Calidad organolptica 5-500 7.2-26.7 1.7-2.5 10-30
(sabor, color, textura, etc.)
Parmetros de base para el tratamiento trmico
ESTERILIZACIONPASTEURIZACION
MicroorganismosClostridiumBysochlamys
botulinumfulva
Temperatura de Referencia250 F =121.1 C200 F = 93.3 C
Valor D0.21 min 1min
Valor Z18 F = 10 C16 F = 8.9 C
Temperatura mnima letal212 F =100 C158 F = 70 C
Expresin de la letalidad
Valores de esterilizacin (Fo) para algunos alimentos enlatados
PRODUCTOSTamao de envasesFo (Requerido )
EsprragosTodos3.0-4.0
"Baby food "" Junior "2.5-5.0
Alverjitas en salmueraN 23,5
Alverjitas en salmueraN 106
ZanahoriasTodos3
pollo c/ huesoTodos6.0-8.0
Maz c /mazorca en salmuera N 29
Maz c /mazorca en salmuera N 1015
Crema de mazN 25.0-6.0
Crema de mazN 102,5
Alimentos para perroN 212
Alimentos para perroN 106
Productos de pescadoVarios5.5-8.0
Carne en trozosN 26
Frjol en salmuera N 28.0-10.0
Frjol en salmuera N 1011
Camote en jarabe N 24,5
Papa en salmueraN 24,5
Salchichas "Viena " en salmueraVarios5
Espinaca cortada N 24
Chile con carneVarios6
CLCULO DEL VALOR F DEL PROCESO
Para el clculo experimental del proceso trmico se tiene en cuenta el punto o lugar del producto ms inaccesible al calor, este punto es el ms fro durante el calentamiento y por ende el ms caliente durante el enfriamiento. Mediante la instalacin de termocuplas a lo largo del eje central del producto se localiza experimentalmente el punto ms fro del envase (punto muerto).
El mtodo de las termocuplas es la va experimental de determinacin de la historia de la temperatura del punto ms fro y consiste en colocar una termocupla en el p.m.f. encontrado. Los extremos de la temocupla se conectan a un potencimetro donde se lee a intervalos regulares, el potencial generado por la diferencia de temperaturas en un par termoelctrico como el fierro u cobre-constatan, que son los ms usados.
Una vez graficada la curva de la temperatura a travs del tiempo en el punto ms fro del envase, se procede al clculo del efecto letal producido por el calor en el punto ms fro.
El efecto letal del calor sobre el p.m.f. se cuantifica en minutos y cada temperatura por encima de los 100(C le corresponde un determinado efecto letal en minutos; como referencia para la esterilizacin se considera el efecto letal a 250(F (121.1(C) que es igual a 1 minuto.
En el caso de la pasteurizacin, la temperatura se considera temperatura letal a partir de los 70(C, tomndose como referencia al efecto c 200(F (93.3(C) que es igual a 1 minuto.
Clculo de deterioro de nutrientes en un proceso trmico por conveccin.
Formula general de destruccin trmica
............................ a
para un tiempo t1:
............................... 1
........................... 2
.......................... 3
......................... 4
1 en 2
.....................5
2 en 3
......................6
............. 7
........ 8
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TRANSFERENCIA DE CALOR DURANTE EL PROCESO TRMICO.-
TIPO DE ENVASE.- En este aspecto se considera el material, forma y espesor, es as que el aluminio tiene una mayor conductividad que la hojalata y esta a su vez que el vidrio, en cuanto a la forma del envase, una lata de 1 lb tal , que contiene Sardinas en salsa de tomate, tendr una transmisin de calor diferente a un lata de 1 lb. oval que contenga el mismo producto.
SISTEMA DE ESTERILIZADO.- En la industria alimentaria, existen 2 sistemas de esterilizado: el sistema discontinuo, no hay un flujo constante de envases, si n que se realiza a travs de cargas o Bach, dentro de este sistema existen 2 variedades, el sistema estacionario y el rotatorio. A travs de la rotacin se logra con la agitacin del producto, una penetracin enrgica del calor, reducindose los tiempos de esterizado en forma notable, cuanto mayor sea el nmero de rotaciones por minuto, el inconveniente de este sistema es que no se puede aplicar para algn tipo de productos, que pueden estropearse con la rotacin.
En los sistemas continuos, los envases tienen un doble movimiento entorno a su propio eje y a la vez en algunos casos alrededor del eje de la propia autoclave, como en el caso del sistema F.M.C.; existen una variedad de autoclaves continuas, siendo este un sistema eficiente con el que se logra un proceso rpido y efectivo.
TIPO DE PRODUCTO.- De acuerdo a las caractersticas del producto, la transmisin de calor ser lenta o enrgica segn el caso de productos slidos o lquidos.
ESPACIO LIBRE.- El espacio libre ideal para conservas de alimentos es aproximadamente el equivalente al 5% de la altura total del envase; con esto se logra un mejor vaco interior para compensar la presin interna durante el proceso trmico, a la vez que favorece una mejor transmisin en el interior durante el mismo.
PROCESO TERMICO (METODO GENERAL O METODO DE BIGELOW)
BASADO EN UNA CURVA DE PENETRACIN DE CALOR (REGISTRO DE TIEMPO Y TEMPERATURA EN EL PUNTO MAS FRIO DEL ENVASE
Para alimentos de baja acidez (pH>4,5)
Aplicado:
Ejercicio profesional:
Evaluacin y certificar proceso trmico comercial, debidamente establecido.
En diseo de productos (conservas)
Correccin de tiempo de cierre de vapor por exceso o defecto.
Simulacin por cambio de temperatura de autoclave o de la temperatura inicial.
Simular la destruccin de nutrientes en un proceso trmico.
Caso 1: Evaluacin de un proceso trmico comercial, para alimentos de baja acidez pH > 4,5, el microorganismos base es el Clostridium botulinum
Ejemplo:
Se tiene el siguiente registro de tiempo y temperatura para una conserva para un Fo = 5 minutos (recomendado)
Temperatura de autoclave TR = 115 C
Determinar el valor de Fp
Ecuacin de efecto letal
Ecuacin simple de Simpson
Calculo de Fp, empleando la ecuacin de Simpson
El valor que se encuentra de Fp, se compara con el valor Fo (recomendado)
Teniendo en cuenta lo siguiente:
Si: Fp = Fo la conserva esta esterilizada
: aceptada
Fp < Fo la conserva esta subestilizada
: rechazo
Fp>> Fo la conserva esta sobre esterilizada : rechazo
Se recomienda efectuar los clculos a partir de los 100 C
Tabla Historia de tiempo y temperatura en el punto ms fro de un envase
t(min)Tpmf CLtAi
032
132
232.5
333
434
536.5
639.
742
844.5
948
1051
1154
1257
1360
1463.5
1566.5
1669.5
1772
1875
1978
2080.5
2183.
2285
2387.5
2489
2591
2693
2794.5
2896.50
2997.50
30100
31100.50
32101.5
33102.5
34103.5
35104.5
36105.2
37106.8
38107
39107.5
40108
t(min)Tpmf CLtAi
41108.5
42109
43109.5
44110
45110.5
46111
47111.5
48119.9
49112
50112.5
51112.5
52113
53113.5
54113.6
55113.7
56113.9
57113.9
58114
59114.5
60114.5
61114.7
62114.70
63114.75
64114.75
65114.90
66115.
67115.5
68115.7
69115.8 (CV)
70113.50
71111.0
42107.50
73103.0
7499.00
7595
7690.5
7780
CV. cierre de vapor
Para efecto del calculo considerar puntos impares, contabilizando a partir de 100 C, la zona de calentamiento y de enfriamiento, luego aplique la ecuacin de efecto letal (Lt), para cada temperatura, luego empleando la ecuacin de Simpson,
Determine Fp. Concluya si la conserva esa subestilizada, sobre esterilizada o estelizada
Caso 2: cuando el valor Fp esta en defecto (subesterilizada) es decir Fp < Fo (recomendado)
TR = 115 C, Fo = 5 minutos
Tiempo (min)Tpmf CLt
035
136
238
340
450
565
680
785
890
995
10100
11105
12107
13108
14109
15110
16112
17113
18113.5
19113.9
20114.2
21114.2
22114.2
23114.2 CV
Determine el valor Fp, y encuentre el Nuevo tiempo de cierre de vapor (CV)
Caso 3: Cuando el valor Fp esta en exceso (sobre esterilizada) es decir Fp >> Fo (recomendado)
TR: 121,1 C
Fo = 6 minutos (recomendado)
t (min)Tpmf CLtAi
095
196
298
399
4100
5101
6105
7106
8108
9110
10111
11112
12115
13116
14116.2
15116.9
16117
17117
18118
19119
20119.6
21119.9
22120
23120.4
24120.4
25120.4
26120.5
27120.5
28120.6
29120.6
Determinar Fp, compare con el Fo y determine el nuevo tiempo de Cierre de Vapor (CV)
Caso 4: Cambio de temperatura de un autoclave particular a otra temperatura
Teniendo la curva de penetracin, y queremos determinar como varia la temperatura en el punto mas fro del envase, cuando se vara la temperatura del autoclave
T1pmf :Nueva temperatura en el punto mas fri del envase
TR(N): Temperatura de autoclave, nueva
TR: temperatura de autoclave original
To : temperatura inicial
Tpmf : temperatura en el punto fri original.
Caso 5: determinar la nueva temperatura en el punto ms fro cuando se cambia la temperatura inicial (To)
T1pmf: Nueva temperatura en el punto mas fro
TR: Temperatura de autoclave original.
To(N): La nueva temperatura inicial
Tpmf : Temperatura en el punto ms fro original
To : temperatura inicial
La tabla muestra la penetracin de calor (original), se requiere realizar las siguientes simulaciones:
Tiempo (min)Tpmf CLT
020
223
425
630
835
1044
1253
1459
1668
1875
2082
2287
2492
2696
28100
30103
32108
34107.5
36110
38111
40113
42114
44115
46116
48117
50117
52118
54118
56119
58119
60119
62 (CV)119.5
Calcular:
El valor Fp
Calcular la variacin de Tpmf, si se cambia la temperatura del autoclave por un TR(N) = 115 C. Determinar el nuevo cierre de vapor para un Fo = 12 min
Utilizando la tabla original , determinar la nueva temperatura en el punto mas fro, para una temperatura inicial To(N) = 85 C
Utilizando la tabla original determine la nueva temperatura en el punto ms fro, y para un valor Fo = 12 min, donde TR(N) = 119 C y To(N) = 65 C
Calculo
Cuando TR(N) = 115 C
Tiempo (min)Tpmf CT1pmfLt
020
223
425
630
835
1044
1253
1459
1668
1875
2082
2287
2492
2696
28100
30103
32108
34107.5
36110
38111
40113
42114
44115
46116
48117
50117
52118
54118
56119
58119
60119
62 (CV)119.5
Calculo cuando To(N) = 85 C
Tiempo (min)Tpmf CT1pmfLt
020
223
425
630
835
1044
1253
1459
1668
1875
2082
2287
2492
2696
28100
30103
32108
34107.5
36110
38111
40113
42114
44115
46116
48117
50117
52118
54118
56119
58119
60119
62 (CV)119.5
Cuando To(N) = 65 C y TR(N) = 119 C
Tiempo (min)Tpmf CT1pmf (To(N))T1pmf(To(N) y TR(N)LT
020
223
425
630
835
1044
1253
1459
1668
1875
2082
2287
2492
2696
28100
30103
32108
34107.5
36110
38111
40113
42114
44115
46116
48117
50117
52118
54118
56119
58119
60119
62 (CV)119.5
VALOR EFECTO DE COCCIN
Este es un valor relacionado con los procedimientos de coccion y es definido por el termino:
Co : efecto de coccin
T: temperatura de coccin
Z: varia de 15 a 23 C
T: tiempo de procesamiento en segundos
Ejemplo:
T= 121.1 C
z= 15 C
t= 5 segundos
Caso 6. : Calidad del alimento en funcin del tiempo de tratamiento trmico para alimentos cuyo mecanismo de trasmisin de calor es por conveccin.
Uso del valor ( este valor determina la calidad nutricional del alimento (desnaturalizacin de protenas, perdida de aminocidos, vitaminas, deterioro de carbohidratos)
TR : 115 C
tiempo (min)Tpmf
(%)=
035
136
238
340
450
565
680
790
8100
9105
10107
11110
12114
13114
14114
15114
16114.5
17114.5
18114.5
19114.5
Caso 7. : Calidad del alimento en funcin del tiempo de tratamiento trmico para alimentos cuyo mecanismo de trasmisin de calor es por conduccin.
Usar el valor
tiempo (min)Tpmf
(%)=
095
196
298
399
4100
5101
6105
7106
8118
9110
10111
11112
12115
13116
14118
15120
16120
17120
18120
19120.2
20120.2
21120.2
22120.3
23120.4
24120.4
25120.4
26120.6
27120.6
28120.6
29120.6
Caso 8. Conociendo las constantes cinticas de los nutrientes y la curva de penetracin de calor es factible determinar la perdida del nutriente en el producto.
(El clculo es aplicable para alimentos cuyo mecanismo de transmisin de calor es por conveccin, donde se asume que todos los puntos del envase estan a la misma temperatura)
Determinar la perdida de nutriente , lisina de la siguiente tabla de penetracin de calor
tiempo (min)Tpmf
065
168
275
378
480
585
690
798
899
9100
10110
11110
12112
13113
14114
15114
16114
17114
18114.1
19114.2
20114.3
21114.3
22114.3
Caso 9: Pasteurizacin
Base de calculo es Bysochlamys fulva
Por ejemplo una conserva de rodajas pia ha recibido un tratamiento termico cuya historia de tiempo y temperatura son:
tiempo (t) minTpmf CLt
035
137
238
340
445
550
655
760
865
970
1072
1175
1280
1385
1490
1595
(Calcular el efecto letal, desde los 35 C, y aplicar Simpson, y comparar con Fo = 1min, calculando el nuevo cierre de vapor)Determine Fp
Caso 10. Intercambiadores de calor
Un proceso trmico consta de un calentamiento instantneo a 138 C, seguido de un periodo isotrmico de 4 segundos a dicha temperatura, seguido de un enfriamiento instantneo. Determine el valor Fp, si el alimento es de baja acidez
tiempo t (s)Tpmf CLT (s)Lt(min)
135
2138
3138
4138
5138
640
Durante una experiencia en un intercambiador de calor se obtuvo los siguientes valores
tiempo (t) sTpmf CLt (s)Lt(min)
0107
1114.8
2122.4
3128.7
4132.9
5136.25
6138.3
7139.4
8140
9140
10140
11140
12129.2
13117.25
14108
PROCESO TERMICO : PROBLEMAS
(METODO GENERAL O METODO DE BIGELOW)
En los siguientes problemas realizar las siguientes tareas :
-EL efecto Letal(Lt) en funcin de la Temperatura
-Evaluar el proceso trmico (Fp) empleando la ecuacin de Simpson y dado un valor F recomendado (Fo), construir la grafica integral.
-Determinar tiempo y temperatura.
PROBLEMA 1
Alimento: Lomito de sardina en aceite
Envase: TUNA
Valor F(recomendado)= 6min
T=230FT=240FT=250F
Tiempo minTpmf FTiempo minTpmf FTiempo minTpmf F
068068068
271.6269.8273.4
475.2475.2477
687.8687.8695
12125.612136.412138.2
16147.216154.416167
2016720177.820188.6
24183.22419424204.8
2819428204.828217.4
3220332213.832225.5
36210.23622136231.8
40215.640225.540237.2
44219.244228.244240.8
48221.248231.848242.6
52224.652233.652244.4
56226.456235.456246.2
60226.460235.260247.1
64228.264237.262248
68228.268237.2
76229.172238.1
80229.176238.1
96229.178239
100229.8
102229.8
116229.8
PROBLEMA 2
Curva Experimental de penetracin de calor (tiempo en min y Temperatura en C)
Valor F(recomendado) = 6 min
TR = 121 C
Teimpo: min; temperatura C
TIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMP
06219.51103912158.591
1.5662111140.51216087
37022.5113.542 CV121
4.574.524114.543.5120
679.525.5115.545120
7.58427116.546.5119.5
988.528.5117.548118
10.592.530118.549.5115
1296.531.511951105
13.510033119.552.5104
1510334.51205499.5
16.5105.536120.355.596
1810837.5120.85795
PROBLEMA 3
Penetracin de calor en conserva de merluza en salsa de tomate (envase tipoTall / Libra)
Tiempo (min) ; Temperatura (C)
Valor F (recomendado) = 6 minutos
TR =115C
Tiempo m9n ; temperatura C
TIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMP
0581581.530101.145110
158.41683.33110246110.3
258.4178532102.847110.5
360.51886.533103.848110.8
462.5198834104.249111
5642090.535104.950111.5
665.1219136105.551111.6
766.32292.537106.152111.7
869.22393.738106.853111.9
9712494.939107.254112.2
1072.52597.240107.655112.4
1174.32698.241108.156112.6
1276.52799.342106.657112.9
137828100.14310958113
1479.529101.144109.959113.1
PROBLEMA 4
Penetracin de calor Conserva de Langostinos en salmuera y al natural
Valor F (recomendado) = 6 minutos
TR=110C
TIEMPO(MIN)EN SALMUERA Tpmf( C)AL NATURAL Tpmf( C)
07067
17567.5
28377.1
39280.2
499.584.7
5103.588.3
610796.4
7109.5100.5
8110104.1
9110106.5
10110108.3
11110110
12110110
13110110
14110110
15110110
16110110
17110110
18110110
19110110
20110110
21110110
22110110
23110110
24110110
25110110
26110110
27110110
28110110
29110110
30110110
31110110
32110110
33110110
34110110
35110110
36110110
37110110
38110 CV110
39107.5110
40105110 CV
41100109.7
4296.5105.2
438690.8
447276.4
4566.5
4664
4755
PROBLEMA 5
CONSERVA PASTA DE SARDINA en envase de 1/2 Libra (Tiempo min) y (Temperatura C)
Valor F(recomendado) = 6 minutos
TR = 115 C
Tiempo min; Temperatura C
TIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMP
0322080.54010860114
132218341108.561114.25
232.522854210962114.5
3332387.543109.563114.5
43424894411064114.5
536.5259145110.565114.5
63926934611166114.5
7422794.54711167114.5
844.52896.548111.568114.5
9482997.54911269 CV114.5
105130995011270113.5
115431100.551112.571111
125732101.552112.572107.5
136033102.55311373103
1463.534103.5541137499
1566.535104.555113.57595
1669.536105.556113.67491.5
17723710657113.67588
187538107581147684.5
197839107.5591147781.5
PROBLEMA 6
CONSERVA DE FILETE DE BONITO EN SALSA DE SILLAU
Valor F recomendado = 6 minutos
TR = 110 C
Tiempo min ; temperatura C
TIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMP
054.2201014011060110
157.221101.84111061110
26022102.74211062110
362.723103.74311063110
465.524104.54411064110
56925104.94511065110
67226105.74611066110
774.527106.24711067110
877.828106.24811068110
982291074911069110
1085.530107.65011070110
118831108.15111071110
1290.332108.55211072110
1392.333108.95311073 CV110
1494.534109.15411074107.8
159635109.45511075104.3
169736109.6561107495.4
1798.237109.7571107583.6
189938109.9581107672.5
1910039110591107770
PROBLEMA 7
CONSERVA DE CHOROS EN SALSA DE TOMATE (MIN - C)
Valor F recomendado = 6 minutos
TR=118C
Tiempo min ; temperatura C
TIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMP
0472097.540114.5
147.8219941115
251.52210142115.5
35323102.543115.7
454.62410444116
556.42510545116
6582610646116
760.1527107.547116.5
862.828108.548116.5
965.329109.549117
1067.53011050117.2
1170.53111151 CV117.2
1273.532
1376.633
1479.534
1582.535
168536
178837
1890.538
199339
PROBLEMA 8
CONSERVA DE BONITO EN SALSA PICANTE
Valor F recomendado = 6 minutos
TR =110C
Tiempo min ; temperatura C
TIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMP
056.12099.540109.360110
159.12110041109.561110
263.222100.542109.862110
36623101.54311063110
46824101.54411064110
57225101.84511065110
67626102.34611066110
78027102.84711067110
881.928103.54811068110
983.7291044911069110
1085.230104.55011070110
1187311055111071110
1288.532105.55211072110
1390331065311073110
149134106.55411074110
1592.5351075511075110
169436107.55611076110
1795.2371085711077110
1896.838108.55811078110
1998.339108.95911079 CV110
80108.5
81106.5
8299
PROBLEMA 9
CONSERVA DE SARDINA EN SALSA DE TOMATE TIPO PORTOLA
Valor F recomendado = 9 min
TR=250 F
Tiempo min; temperatura F
TIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMP
089.620148.140215.660241.7
189.621152.641216.561242.6
289.622155.342218.362243.5
391.423159.843219.263244.4
496.824167.944220.164244.4
598.625171.54522165244.4
610426175.146221.966245.3
7109.427179.647225.567245.3
8112.228183.248227.368245.75
9113.929185.949229.169246.2
10118.430189.55023070248
1112231193.151230.971248
1212332194.952232.772248
13126.533199.453233.673248
1413134201.254234.574 CV248
15137.73520355235.475246.2
16138.23620756236.376242.6
1714037209.357237.277235.4
18144.5382125823978230
19148.139212.959240.879226.1
PROBLEMA 10
CONSERVA DE SARDINA EN SALSA DE TOMATE TIPO PORTOLA
Valor F recomendado = 9 minutos
TR= 240 F
Tiempo min ; tempertura F
TIEMPOTEMPTIEMPOTEMPTIEMPOTEMP
098.64020378235.4
299.542206.680235.4
410444211.182237.2
6112.24621284237.2
8114.848215.686238.1
10119.350216.588239
12123.852217.490239
14129.254219.292 CV239
16134.65622194238.1
1814058223.796236.4
20145.460225.598231.8
22154.462226.4100227.3
24160.764228.2102221.9
2616766230104214.7
28172.468230.9106207.5
30178.770230.9108197.6
32183.272231.8110192.2
34183.674232.7112180
36193.578233.6114175
38195.876234.5116175
PROBLEMA 12
Producto: ESPAGUETI EN SALSA DE TOMATE
Envase de vidrio : 63 mm. 370 ml.
TR= 120 C
Valor F recomendado = 4 minutos
Tiempo minTpmf CTiempo minTpmf C
110014118
2102.515118
310616118.5
410817119
511018 CV119
611119117
711320114
811421108
911522101
1011623100
11116
12117
13117.5
PROBLEMA 13
Producto : ANCHOVETA EN SALSA DE TOMATE
Envase : libra TUNA 8 onzas
140 gramos de anchoveta cocida, 40g de salsa de tomate
Tiempo min ; temperatura F
TIEMPOTPMFTIEMPOTPMFTIEMPOTPMF
MINCMINCMINC
029.43164.96296.8
131.23265.26398.1
232.13366.26499.1
333.53467.965100.3
434.83568.466101.9
535.83669.167103.15
637.23770.1568104.4
739.63871.2569105.1
839.63972.170106.4
940.14073.271108.1
1040.64174.372109.4
1141.154275.473110.2
1242.84376.1574111.8
1343.34476.875112.4
1446.14577.176113.2
1547.24677.677114.6
1648.54778.478115.2
1750.14880.979115.2
1850.84982.280115.2
1951.25084.281115.2
2052.35185.0582115.2
2123.85286.483115.2
2254.15387.1584115.2
2355.25489.185115.2
2456.65589.986115.2
2557.35690.287115.2
2659.15791.688115.2
2760.45892.489115.2
2862.65993.1590115.2
2963.26094.991115.2
3064.46195.192115.2
METODO FORMULA BALL DETERMINACION DE TIEMPO DE PROCESO Y VALOR FpTR=248
CUT2.5min
To75C
tiempo (min)TpmfTpmf (F)
075167.00
175167.00
285185.00
395203.00
499210.20
5105221.00
6108.5227.30
7110230.00
8114237.20
9118244.40
10118.5245.30
11118.8245.84
12118.9246.02
13119246.20
14119.2246.56
15119.4246.92
16119.5247.10
17119.8247.64
Valores de g y fh/U (m+g=180)
1.Determinar la ecuacin g=f(fh/U)
2.Determinar la ecuacin fh/U=f(g)
Z=18Z=16z=16z=18
ggf/ULOG(fh/U)log(g)log(g)
0.1111 0.098300.60000-0.22185-1.00745-0.95428594
0.1455 0.127600.65000-0.18709-0.89415-0.83713701
0.1862 0.162400.70000-0.15490-0.78941-0.73002032
0.2430 0.203000.75000-0.12494-0.69250-0.61439373
0.2860 0.248000.80000-0.09691-0.60555-0.54363397
0.3420 0.297000.85000-0.07058-0.52724-0.46597389
0.4020 0.349000.90000-0.04576-0.45717-0.39577395
0.4660 0.404000.95000-0.02228-0.39362-0.33161408
0.5320 0.462001.000000.00000-0.33536-0.27408837
0.8840 0.768001.250000.09691-0.11464-0.05354773
1.2500 1.088001.300000.113940.036630.09691001
1.6190 1.412001.750000.243040.149830.20924685
1.9870 1.734002.000000.301030.239050.29819787
2.3460 2.049002.250000.352180.311540.37032801
2.6980 2.357002.500000.397940.372360.43104195
3.0370 2.655002.750000.439330.424060.48244479
3.3660 2.942003.000000.477120.468640.52711411
3.6790 3.218003.250000.511880.507590.56572979
3.9790 3.483003.500000.544070.541950.59977394
4.2710 3.739003.750000.574030.572760.63052957
4.5470 3.985004.000000.602060.600430.65772495
5.0580 4.433004.500000.653210.646700.70397883
5.5190 4.840005.000000.698970.684850.74186039
5.9500 5.220005.500000.740360.717670.77451697
6.3600 5.580006.000000.778150.746630.80345712
6.7400 5.910006.500000.812910.771590.8286599
7.1000 6.230007.000000.845100.794490.85125835
7.4500 6.540007.500000.875060.815580.87215627
7.7900 6.830008.000000.903090.834420.89153746
8.4400 7.410009.000000.954240.869820.92634245
9.0400 7.9400010.000001.000000.899820.95616843
10.2700 9.0200012.500001.096910.955211.01157044
11.2700 9.9000015.000001.176090.995641.05192392
12.1400 10.6700017.500001.243041.028161.08421869
12.9400 11.3800020.000001.301031.056141.11193428
14.2900 12.5600025.000001.397941.098991.15503223
15.4300 13.5600030.000001.477121.132261.18836593
16.3600 14.5900035.000001.544071.164061.2137833
17.2000 15.1300040.000001.602061.179841.23552845
17.9700 15.8100045.000001.653211.198931.25454808
18.6400 16.4000050.000001.698971.214841.27044591
19.8300 17.4600060.000001.778151.242041.29732271
20.8600 18.3600070.000001.845101.263871.3193143
21.7000 19.1000080.000001.903091.281031.33645973
22.4400 19.7600090.000001.954241.295791.35102285
23.1000 20.36000100.000002.000001.308781.36361198
25.9500 22.86000150.000002.176091.359081.41413736
27.9700 24.65000200.000002.301031.391821.44669247
29.5500 26.05000250.000002.397941.415811.47055749
30.8600 27.23000300.000002.477121.435051.48939592
31.9700 28.19000350.000002.544071.450101.50474264
32.9400 29.04000400.000002.602061.463001.51772359
34.6500 30.57000500.000002.698971.485301.53970324
Determinacion del valor B .Para Curva de calentamiento simple.
z =
Jpi =De la curva de penetracin de calor.
fh =De la curva de penetracin de calor.
F (recomendado ) =
m+g = 180 FValor del enfriamiento de la conserva.
TR =
I =TR -TO =
JI =JPI x I
- (250 -TR ) /18
Fi =10
U =F (recomendado) x Fi =Letalidad.
fh /U =
log g =Determinado en tabla o en grafica.
log JI =
Aplicacin de la formula de Ball modificadala formula de Ball modificada.
B =fh (log JI -log g ) =
Tiempo requerido para alcanzar el valor F (recomendado )
DETERMINACION DEL VALOR F
z =
Jpi =
fh=
B (tiempo de calentamiento desde el cero corregido hasta el ultimo valor de la temperatura en el pmf )
B =
m+g =180 F
TR =
I =TR -TO =
JI =Jpi x I =
log g 0log JI - ( B/fh ) =
g =
fh /U =por tabla.
- ( 250 -TR ) /18
Fi =10
EQUIPOS DE TRATAMIENTOS TERMICO ( TT ) EN LA INDUSTRIA DECONSERVAS
AntesDiscontinuaSin1. Autoclave Estatico Vertical - Horizontal
del T .TCon2. Autoclave con Canastilla Giratoria
EsterilizadoresContinuaSin3. Hidrostatico "Hydrolock" "Hidroflow "
Con4 ."Sterilmatic "- "Steriflame "Hidrostaticos
Despues DiscontinuaSin5 .
del T .TContinuaCon6 .
Sin7 .
Con8 .Inetrcambiadores de placas y tubos
Envasado -Aseptico Obligatorio
DiscontinuaSin9 .Recipientes de agua caliente o
Antesautoclaves de pasteurizacion
del T .TContinuaCon10 .
Sin11 .Pasteurizadores de lluvia (Botella)
Con12 ."Spin Cooks " "Hema " "Sterivapour"
Pasteurizadores"Steriflame "
DiscontinuaSin13 .
Despues Con14 .
del T .TContinuaSin15 .
Con16 . Intercambiadores de calor tubulares
o de placas "auto-pasteurizacion "
"Envasado Aserrimo en Frio "
SIMULACIN DE DESTRUCCIN TRMICA DE NUTRIENTES A DIFERENTES TEMPERATURAS DE ESTERILIZACIN PARA ALIMENTOS CUYA TRANSMISIN DE CALOR ES POR CONVECCIN.
El aminocido Lisina tiene el siguiente valor de tiempo de reduccin decimal
Para inactivar al Clostridium botulinum, el cual tiene un tiempo de reduccin decimal
Para asegurar un efecto esterilizante requiere de 12 reduccin decimales (DT)
De donde se deduce que tiempo de proceso para conseguir un efecto esterilizantes a 121,1 C es :
F = N. DTF = 12 ( 0,21) = 2,52 min.
Pero alimentos de baja acidez se ha determinado un tiempo de proceso de
Clculo de tiempo de reduccin decimal DT, para lisina y el efecto esterilizante para un rango de temperatura dada
Para calcular el tiempo de reduccin decimal (DT) para la lisina utilizamos la ecuacin
Y la concentracin de lisina remanente para cada temperatura se determina por la expresin:
Para calcular el tiempo requerido de efecto esterilizante para el microorganismo usamos la expresin:
TemperaturaT CTiempo de reduccin dec.
(DT) min.
Efecto esterilizante(Fo) , min.
Concentracin de nutriente
(%C)
10576,55244,430,06
11044,2477,291,79
11525,5724,4411,07
12014,787,7330,00
1258,542,4451,74
1304,940,7769,73
1352,850,2482,10
PASTEURIZACIONTratamientos de pasteurizacin para alimentos con pH menor a 4,5
ProductopH Microorganismo resistente al calor
Jugo de limon2.5Levaduras0,1
Horatilizas acidas3Acidfilas0.5
Mandarina3.2-3.4Lactobaciluus1.0-2.0
Jugo de toronja3.2Leuconostoc sp Plantarum0.2-0.4
Melocoton3.2-3.4Paecilomyces sp.1.0-8.0
Manzana3.30.2-0.6
Naranja3.5-3.80.6-0.8
Pia3.5Clostridium pasteuranium0.8
Fresa3.5-40.4
Cereza acidaSaccahromyces fragiles Pichia membranaefaciens Saccharomyces sp0.2-0.4
Chucrut3.5-3.90.5
Cereza dulce3.8Byssochlamys f. Byssochlamys n0.5-2.5 -0.8
Guayaba3.81.5-8.0
Pera4Byssochlamys f. Clostridium pasteuranium1.3-10
Tomate4.2-4.5Bacillus coagulans Bacillus polymyxa Bacillus macerans0.2 - 10
SIMULACION DE PROCESO TERMICO CUANDO EL MECANISMO DE TRANSMISION DE CALOR ES POR CONVECCION
La temperatura del medio calefactor durante el proceso trmico, puede considerarse de rgimen constante, ya que sube rpidamente en el calentamiento y baja tambin en forma rpida durante el enfriamiento, lo cual no sucede con el producto, en cuyo caso la transferencia de calor es de rgimen no constante, es decir que su temperatura interior vara constantemente en funcin del tiempo. La transferencia de calor, va estar sometida a 3 resistencias en serie, la resistencia de conveccin externa (1/hv), es decir la resistencia del medio calefactor (vapor), la resistencia de la pared de la lata (1/Kl) y la resistencia del producto, que puede ser (1/Kp) para productos slidos y (1/hp) para productos lquidos. Si se iguala la cantidad de calor ganada por el producto en un incremento infinitesimal de temperatura (dt), por la cantidad de calor transmitida en un tiempo infinitesimal (do), se puede tener una solucin matemtica de la siguiente manera:
Tabla de formacin de la ecuacin de Shultz y Olson
En un tiempo (t)En un tiempo (t+t)
EntradaQe
SalidaQs=0Qs=0
AcumulacinQa
Pero:
Entradas Salidas = Acumulacin
Como Salidas = 0
Acumulacin = Entradas
Para un tiempo tal como (t)
Qe= U.A.(T-TR) Ecuacin de transferencia de calor de I. Newton
Qa=mC. (t) Calor sensibleReemplazando
+cte
Para T =To; t=0
donde: m = masa del producto
c = calor especfico del producto
U = coeficiente total de transferencia de calor
A = rea superficial del envase
TR = temperatura de la retorta
T = temperatura del producto
Separando las variables e integrando se obtiene la ecuacin:
(10)
donde:
To = temperatura inicial del producto
T = temperatura del producto luego de un tiempo (t)
Ecuaciones empiricas para determinar algunas propiedades termofisicas de los alimentos
Calor especifico (BTU/lb.F) o (Kcal/kg C) o (cal/g.C)Empelado en productos cricos de 26 % de humedad a ms y en jugos fruta, con una humedad mayor del 50%
Para cualquier alimento
Xc : Fraccin de carbohidratos
Xp : Fraccin de protenas
Xg : Fraccin de grasa
Xcz : Fraccin de cenizas
Xag : Fraccin de agua
Calor especifico ( kJ/kg.C), (kJ/kg K)
Dickerson en 1969 propuso la siguiente expresin, para productos carnicol con un contenido de humedad entre el 26, al 100% y jugos de fruta con humedad mayor al 50%
w : contenido de agua en %
Para productos de composicin conocida se tiene la siguiente expresin:
m, es la fraccin en peso del componente y los subndices c, p, f, a y m se refiere a carbohidratos, protenas, grasa, ceniza y humedad
Problema
Determine el calor especifico ( en las dos unidades) de los siguientes alimentos, cuya composicin es:
AlimentoAgua (%)Protenas (%)Grasa
(%)Carbohidratos
(%)Cenizas (%)
Manzanas84,40,20,614,50,3
Esprragos91,72,50,25,00,6
carne68,320,710,001,0
Jugo de naranja88,30,70,210,40,4
Pia cruda85,30,40,213,70,4
Tomates 93,51,10,24,70,5
Conductividad Trmica (k)
Para cualquier alimento
Para msculo de pescado
En general
T : temperatura F
w : % humedad
Conductividad termica (k) dado W/m.CPara frutas y vegetales mayores a 60 %
w: porcentaje de agua
Para carnes entre 0 a 60 C y conteniendo agua de 60 a 80%
w: porcentaje de agua
Para alimentos en general en base a la composicin qumica
Xm
fraccin de agua
Calculo de la conductividad termica( k) BTU/hr.ft.F cal/min.cm.C
Diseado para jugos de frutos y soluciones de azcar.
El clculo esta fundamentado en la difusividad trmica de los alimentos, este valor se puede determinar va experimental o tambin mediante el empleo de tablas que se encuentra en la bibliografa.
Difusividad termica ()
Problema:
Determina a la variacin de la temperatura con respecto al tiempo, del jugo de tomate, densidad 980 kg/m3, contenido en una marmita semiesferica con camisa de vapor. El radio de la olla es de 0,5 m, el coeficiente de conveccin es de 5000 W/m2. C, la temperatura en la superficie interior de la olla es TR. = 90 C y la temperatura inicial del zumo es To = 20 C. Suponer el calor especifico del zumo igual a 3,95 kJ/Kg C
Area de la superficie interior de la semiesfera
Volumen del producto
Determinar la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de la marmita de 20C a 90 C, en funcin del tiempo. ProblemaSe tiene la siguiente curva de penetracin de calor, para una conserva conteniendo
Zumo concentrado de naranja cuya densidad es densidad (0,995) , en un envase cuyo radio es de 15 cm, altura 20 cm. El concentrado ocupa el 95 % del envase. Determinar el coeficiente de transmisin de calor por conveccin.
tiempo (t)Tpmf C
025
150
268
382
492
599
6105
7109
8112
9114
10115
11117
12118
13118
14119
Problema:En un ensayo realizado a tres temperaturas de autoclavado (TR) diferentes, determinar cual ser la curva de penetracin a una temperatura de autoclavado de 118 C, para un Fo = 4 minutos.TR=120CTR=115CTR=110C
tiempo (t)Tpmf CTmpf CTPMFC
0252525
1504846
2686661
3827873
4928882
5999589
610510094
710910498
8112107101
9114109103
10115110105
11117112106
12118113107
13118113108
14119114108
Empleando la ecuacin de Sultz y Olson determinar la ecuacin respectiva para simular una TR = 118 CPara alimentos cuyo mecanismo de transmisin de calor sea por conduccin calcular mediante la ecuacin de Olson el valor de la difusidad trmica, su valor fh, la pendiente de la ecuacin
Donde.
difusividad trmica cm2/min
r: radio del cilindro finito (cm)
h: altura media del cilindro (cm)
fh: pendiente de la curva de penetracin de calor
Valido cuando la curva de penetracin de calor es una lnea logartmica.
ProblemaConsiderando que la curva de penetracin de calor es la mostrada abajo, un que se autoclavando 20 cajas de conservas con un contenido de 24 cajas, determine la cantidad de calor requerido, vapor, petrleo y potencia de caldero durante el proceso de esterilizacin TR=115 C
tiempo (t)Tpmf CQ(calor)KcalVapor (BTU)Petrleo(gal)BHP
025
148
266
378
488
595
6100
7104
8107
9109
10110
11112
12113
13113
14114
APUNTE DE VIDA UTIL DE LOS ALIMENTOS
DETERMINACIN DE VIDA TIL EN ALIMENTOS PROCESADOS CUANDO SE PRODUCEN REACCIONES QUMICAS DURANTE EL ALMACENAMIENTO A TEMPERATURA CONSTANTE.
DETERMINACIN DE LA VIDA UTIL DE ALIMENTOS DESHIDRATADOS
ENVASES ACTIVOS PARA FRUTAS Y HORTALIZAS FRESCAS Y DE IV GAMA (INTERNET)DETERMINACIN DE VIDA TIL EN ALIMENTOS PROCESADOS CUANDO SE PRODUCEN REACCIONES QUMICAS DURANTE EL ALMACENAMIENTO A TEMPERATURA CONSTANTE.
INTRODUCCIN
Es importante el conocimiento del deterioro del alimento que ocurre durante las operaciones de elaboracin, envasado, distribucin y el tiempo de vida en los anaqueles
Actualmente y gracias al avance en el conocimiento cintico de los diferentes procesos de deterioro, as como de sus fenmenos y agentes, esta consideracin en conjunto con las nuevas tcnicas de anlisis y la informtica, que permite simular el comportamiento de los sistemas altamente complejos, como es el alimento.
Es comn que la determinacin de la vida til comercial de un alimento se pase por una primera instancia por el desarrollo de modelos matemticos que permita simular situaciones ambientales, de esta forma se hace factible, encontrar alternativas que mejoren su procesamiento y almacenamiento e incrementar su vida til de nuevos productos y tambin de los tradicionales, efectuando algunas modificaciones en su formulacin u en el procesamiento
El punto inicial para definir la vida til de los alimentos es, establecer las condiciones y criterios de calidad durante el procesamiento, envasado almacenamiento y distribucin, a fin de mantener la calidad del alimento procesado. ste control viene a retardar efectos de la accin bacteriana o enzimtica, reacciones qumicas, interaccin entre el producto y el envase, entre otros. Los estudios realizados para predecir la vida til de un producto, son bsicos para desarrollar o mejorar programas de aseguramiento y mantenimiento de la calidad.
Las empresas, los investigadores que disean alimentos procesados, los organismos competentes que ejercen control tienen la necesidad de conocer el tiempo de vida til de los productos, en condiciones tales como: procesamiento, almacenamiento, transporte, distribucin y comercializacin.
Los estudios sobre la determinacin de la vida til generalmente no se dan velocidades de deterioro, sino el punto final, es decir el tiempo de vida que el alimento procesado tendra.
La determinacin de la vida til de los alimentos es una las actividades profesionales, enmarcadas dentro de su competencia, del quehacer del Ingeniero en Alimentos, en la cual se deber determinar el tiempo que el alimento estar expuesto en el anaquel, antes de ser considerado como no apto para consumo, asimismo se hace notar que todo Diseo de producto debe tener el periodo de vida til, siendo este un requisito de los organismos competentes que norman el Aseguramiento de la Calidad y la Seguridad Alimentaria. Para el caso, en la cual se generan reacciones qumicas, bajo las condiciones de almacenamiento, la Ingeniera de Alimentos, se fundamenta en los postulados de la Cintica Qumica, con la estructura sus modelos matemticos de carcter emprico, y que son validos para ese alimento, y bajo las condiciones recomendadas de almacenamiento por parte del productor. Estos modelos permiten predecir su comportamiento en el tiempo.
CONCEPTOSEl Tiempo de Vida til de un producto es el perodo de garanta de poder consumirlo, permaneciendo seguro y sano en las condiciones recomendadas de produccin y almacenamiento. Es decir; durante el tiempo establecido como vida til, el producto debe conservar un predeterminado nivel de calidad, bajo condiciones de almacenamiento especficas as como sus caractersticas originales de olor, sabor y textura.
La vida de un producto deber de exceder el tiempo mnimo de distribucin requerido hasta que llegue al consumidor, y ste tenga un perodo razonable de almacenamiento de dicho producto.
La vida til esperada de un alimento, depende de las condiciones ambientales a la que esta expuesto, como al nivel de la calidad inicial que puede perder el producto antes de que ya no pueda ser vendido al consumidor por cualquier causa; sea ste una prdida inaceptable del valor nutricional, un cambio indeseable del olor, sabor o el desarrollo de una textura indeseable.
El principal factor que influye a que se cumpla el Tiempo de Vida til del Producto establecido por el productor, es el tipo y forma de almacenamiento que recibe luego que sale en ptimas condiciones de la planta de procesamiento.
Todo alimento deber de ser considerado como un sistema qumico, compuesto por biomoleculas, como son las protenas, pptidos, aminocidos, lpidos, carbohidratos, cidos orgnicos, nutrientes como son las vitaminas del complejo B, las hidrosolubles y sales minerales. Todos ellos conforman un sistema qumico, produciendo muchas veces reacciones qumicas frente a las condiciones ambientales (presencia de oxigeno, humedad etc), y mayormente debido a las variaciones de la temperatura. Bajo estas condiciones se ira provocando el deterioro de las mismas, consecuentemente con la prdida de la calidad nutricional o sensorial, que luego de un tiempo el alimento procesado ser considerado como deteriorado y no apto para consumo humano.
A fin de poder determinar el tiempo de vida, se recurre a ensayos de laboratorio, bajo condiciones controladas, monitoreando segn programa diseado, la perdida de calidad. Y es por ende necesaria la interpretacin de los resultados, va estadstica y/o matemtica, que son las herramientas vitales, que nos permiten obtener modelos de simulacin, con los cuales podemos pronosticar resultados a diferentes temperaturas y condiciones ambientales
Bajo estas condiciones es necesario emplear indicadores del deterioro, es decir aquellos factores que debern ser evaluados y controlados peridicamente, y servirn para determinar el periodo de vida til, al llegar a un lmite establecido, para ser considerado no apto para consumo humano, sea que el alimento haya perdido calidad por deterioro de un nutriente, o por perdida de los factores de calidad, o por desarrollo de microorganismos, generando elementos txicos entre otros.
Actualmente se encuentra en aplicacin, las denominadas pruebas aceleradas tambin identificadas por las siglas A.S.L.T. (Acelerated Shelf Testing of Food), el cual es una de la tcnicas que nos permite reducir el tiempo de determinacin en los ensayos de laboratorio, para lo cual se almacenan los alimentos procesados a diferentes temperaturas, generalmente mayores a la ambiental, esto permite acelerar las reaccione