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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALÚRGIA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
PRÁCTICA 06
“TRATAMIENTO TÉRMICO DE ALIMENTOS MÉTODO DE LA FORMULA DE BALL”
ASIGNATURA : TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS I “TA-441”.
PROFESOR :
GRUPO :
AYACUCHO – PERÚ
INTRODUCCIÓN
Entre los diversos medios de conservación de alimentos los que emplean calor son
usados ampliamente. Los actos sencillos de cocimiento, fritura calentamiento, son
formas de conservación de los mismos, además de hacerlos más blandos y apetitosos,
el cocimiento destruye una gran proporción de las enzimas naturales y de la flora
microbiana de manera que los alimentos cocidos pueden ser conservados durante
varios días a condición de que sean resguardados contra la contaminación. La cocción
generalmente no esteriliza los productos, por lo tanto, aún cuando estén protegidos
contra la recontaminación, los alimentos se descompondrán en un tiempo
relativamente breve.
Otra característica del cocimiento es que generalmente constituye el último
tratamiento al que se somete el alimento antes de consumirlo. La toxina que puede ser
formado por Clostridium botulinum es destruida por la exposición al calor húmedo a
100 °C durante los 10 min. Los alimentos que han sido procesados correctamente no
contendrán esta toxina. La cocción proporciona una última medida de protección en
estos casos lamentables en que ocurre una falla en el procesamiento. Sin embargo
cuando hablamos de la conservación de los alimentos por medio de calor queremos
decir generalmente aquellos procesos que son ejecutados bajo control. Tales como:
Escaldo, pasteurización y el enlatado.
I. OBJETIVOS
Evaluar la termorresistencia en un sistema alimenticio para un tratamiento
térmico dado mediante el método grafico mejorado y mediante el método
analítico.
Familiarizarse con un problema típico de procesado de alimentos consistente en la determinación del tiempo de tratamiento para un producto enlatado.
Evaluar el efecto letal total en un alimento debido a un tratamiento térmico
II. FUNDAMENTO TEORICO
II.1. Tratamiento Térmico:
El tratamiento térmico de alimentos a temperaturas altas es uno de los procesos más efectivos para la conservación de alimentos y es el más ampliamente utilizado para atender la creciente demanda de alimentos a nivel mundial.El tratamiento térmico en la industria involucra el uso de altas temperaturas por períodos de tiempo cortos, para asegurar la inocuidad del alimento; sin embargo, las indicadas condiciones de proceso representan gastos excesivos de energía y además pueden afectar negativamente la calidad nutricional y sensorial de los productos procesadosUno de los problemas fundamentales para analizar el fenómeno de transferencia de calor en alimentos líquidos, semilíquidos o mezclas de sólidos y líquidos, es el entendimiento de los fenómenos convectivo, de masa y calor, que se presentan dentro del producto y que afectan de manera importante la efectividad del proceso.El tratamiento térmico de un alimento depende de: La termo-resistencia de los microrganismos y enzimas presentes en el alimento La carga microbiana inicial que contenga el alimento antes de su procesado El pH del alimento El estado físico del alimento.
(Mafart, 1994)
II.2. Velocidad de Transporte:
En convección el calor es transportado directamente por su soporte, lo que
evidentemente se traduce en un movimiento de fluido. El fluido es un movimiento
que almacena el calor (aire caliente, vapor, agua, etc).En la medida en que el calor no
es conducido, sino que simplemente es vehículo por un fluido, la convección es un
sistema de transferencia rápido. La transferencia de calor por conducción se aplica
necesariamente aun medio inmóvil, y por lo tanto en la práctica a un sólido. En este
caso el calor no es vehículo por su soporte sino que se desplaza lentamente por
propagación progresiva de la agitación molecular. (Mafart, 1994)
II.3. Conservación por el calor:
Somete los alimentos a la acción del calor a temperatura y tiempos suficientes para
reducir o eliminar la acción de los microorganismos y enzimas mediante los
siguientes procedimientos:
a) Ebullición
b) Esterilización
c) Pasterización
a) Ebullición: Los alimentos se someten a ebullición (95/105ºC) por períodos de
tiempo variables, con lo que se asegura la destrucción de la mayor parte de la
flora microbiana. Su conservación oscila entre 4 y 10 días.
b) Esterilización: Proceso que destruye en los alimentos todas las formas de vida de
microorganismos patógenos o no patógenos, a temperaturas adecuadas, aplicadas
de una sola vez o por tindalización. (115 -130ºC durante 15 - 30 minutos). Si se
mantiene envasado el producto la conservación es duradera. El calor destruye las
bacterias y crea un vacío parcial que facilita un cierre hermético, impidiendo la
recontaminación.
En un principio consistía en el calentamiento a baño maría o en autoclave de
alimentos después de haberlos puesto en recipientes de cristal, como frascos o
botellas.
En el ámbito industrial alimentario se considera también como esterilización el
proceso por el que se destruyen o inactivan la casi totalidad de la flora banal,
sometiendo a los alimentos a temperaturas variables, en función del tiempo de
tratamiento, de forma que no sufran modificaciones esenciales en su composición y
se asegure su conservación a temperatura adecuada durante un período de tiempo no
inferior a 48 horas.
La acidez es un factor importantísimo, cuanta más acidez, mejor conservación (frutas,
tomate, col, preparados tipo ketchup, y algunas hortalizas ácidas), en algunos casos,
ni siquiera necesita llegar a temperaturas de ebullición.
Para asegurar la acidez (incluso tratándose de los alimentos anteriores, cuando son
muy maduros) conviene añadir aproximadamente 2 cucharadas de zumo de limón,
por cada 500 g de género.
En cambio, carnes, aves, pescados y el resto de las hortalizas, al ser muy poco ácidas,
necesitan mayor temperatura, por lo que sólo es posible su esterilización en
autoclave. De no alcanzar la temperatura precisa podrían contaminarse y producir
botulismo, si se consumen.
En general siempre se desechará cualquier conserva que presente olor, aspecto o
sabor extraños.
c) Pasterización: Es una operación consistente en la destrucción térmica de los
microorganismos presentes en determinados alimentos, con el fin de permitir su
conservación durante un tiempo limitado.
La pasterización se realiza por lo general a temperaturas inferiores a los 100ºC.
Cabe distinguir la pasterización en frío, a una temperatura entre 63 y 65ºC durante
30 minutos, y la pasterización en caliente, a una temperatura de 72 - 75ºC durante
15 minutos. Cuanto más corto es el proceso, más garantías existen de que se
mantengan las propiedades organolépticas de los alimentos así tratados.
Después del tratamiento térmico, el producto se enfría con rapidez hasta alcanzar 4
-6ºC y, a continuación, se procede a su envasado. Los productos que habitualmente
se someten a pasterización son la leche, la nata, la cerveza y los zumos de frutas.
El pasteurizador consiste en un sistema continuo que comunica inicialmente vapor
de agua o de radiaciones infrarrojas, mediante un intercambio de calor, a
continuación el producto pasa a una sección en la que se mantiene la temperatura
durante un tiempo dado, en la sección final del aparato se verifica el enfriamiento
mediante otro sistema intercambiador de calor que, en este caso, se abastece
primero de agua fría y finalmente de agua helada. La pasterización conserva los
alimentos durante 2 a 4 días.
(http//www. Geocities.com/hurtadopons/conservación.htm)
II.4. Propagación del Calor:
Hay 3 maneras de propagar la energía calorífica: Convección, conducción y
radiación. El calentamiento por convección significa transferencia a través de un
cuerpo de sustancias calentadas, por ejemplo moléculas. El calentamiento por
conducción significa que el calor es transferido por actividad molecular a través de
una sustancia a otra. La transferencia de calor por convección debe ser acompañada
por algún calentamiento por conducción. El calentamiento por conducción es muy
lento, comparado con los casos usuales de calentamiento por convección.
La segunda ley de la termodinámica establece que la energía calorífica fluye
solamente en una dirección, de los cuerpos calientes a los fríos. La diferencia entre un
cuerpo caliente y uno frío es un asunto de energía.
Es necesario conocer el tiempo y la temperatura requeridos para esterilizar
adecuadamente los alimentos enlatados. Este procedimiento involucra no solamente
la destrucción de las esporas por calor húmedo, sino también la velocidad de
penetración del calor y la conductividad térmica de los recipientes y su contenido. La
resistencia al calor de un organismo se designa por el valor F, o el número de minutos
requeridos para destruir el organismo a 250°F y el valor Z o número de grados (°F)
requeridos para que la curva del tiempo de muerte térmica recorra un ciclo
logarítmico. Estos dos valores establecen y describen la curva de tiempo de muerte
térmica y son una medida cuantitativa de la resistencia al calor de las esporas sobre
un rango de temperatura.
Durante el procesado de un recipiente de alimentos, la temperatura del interior del
recipiente aumenta hasta un máximo y después disminuye durante el enfriamiento.
(Desrosier, 1993)
II.5. Esterilidad:
Es importante reconocer que un producto que ha sido sometido a esterilización
térmica puede no ser estéril. Si se asume que la destrucción microbiana por el calor
sigue un curso logarítmico, la esterilidad absoluta es inalcanzable.
El tratamiento término consiste simplemente en reducir la probabilidad de
supervivencia; en términos prácticos, sin embargo es posible reducir la probabilidad
de supervivencia hasta un grado en que el producto pueda ser considerado como
estéril.
II.6. Esterilidad Comercial:
Un alimento estéril comercialmente puede definirse como un producto que ha sido
sometido a un tratamiento térmico, no se altera en condiciones normales de
almacenamiento, ni supondría un peligro para la salud del consumidor. Por ejemplo,
un producto ácido como una fruta puede haber sido sometido a un proceso de
pasteurización suficiente para acabar con levaduras, mohos y bacterias no esporuladas
aunque insuficiente para destruir las esporas bacterianas. Con la excepción de
algunas especies acidúricas, la presencia de esporas bacterianas en productos muy
ácidos se considera como un hecho sin importancia ya que la acidez evita su
desarrollo. Los industriales deberán proceder con cuidado cuando utilizan alimentos
ácidos comercialmente estéril (pH 4, 5), tales como frutas, como ingredientes para
elaborar productos nuevos, ya que el pH alto puede permitir la proliferación de
esporas de microorganismos causantes de intoxicaciones alimentarías que han
sobrevivido al proceso de pasteurización aplicado a la fruta. (Rees, 1994).
II.7. Factores que influyen sobre la determinación de la termorresistencia:
Las influencias evidentes del medio de suspensión, pH, actividad del agua,
concentración de sal, etc, el factor más importante a tener presente en cualquier
experimento de termorresistencia es la velocidad y los mecanismos de transferencia
de calor y su determinación. Las limitaciones de los distintos métodos se aprecian
cuando se aumentan las temperaturas de experimentación y se acortan los tiempos de
exposición. El aumento de la fase de calentamiento provocará una tasa de
supervivencia superior a la esperada y determinará que la línea de termodestrucción
(valor z) se incurre hacia arriba a temperaturas altas.
II.8. Tratamiento de los datos de supervivencia:
Existen 2 métodos principales para el recuento del número de supervivientes:
- El primero consiste en el cultivo de supervivientes sobre agar que ha sido
suplementado para proporcionar unas condiciones idóneas para la recuperación.
En una serie típica de experimentos, se calientan varias muestras idénticas durante
distintos periodos de tiempo a una determinada temperatura. Después se diluyen
las muestras y se siembran en placas en cantidades idénticas. Tras una incubación
adecuada se cuenta el número de colonias que se hayan desarrollado.
- El segundo método, llamado el método de fracción negativa, se utiliza para
recopilar datos en el caso de bajos niveles de supervivencia, se calienta varias
muestras idénticas mediante periodos diferentes de tiempo a la misma
temperatura y la supervivencia se determina mediante un procedimiento de
presencia/ ausencia (crecimiento/ falta de crecimiento)
II.9. Valoración del Tratamiento térmico:
Existen varios artículos detallados que estudian el tratamiento matemático de los
datos de supervivencia y su relación con los cálculos del tratamiento térmico.
II.9.1. Tiempo de reducción decimal o valor D.- Es el tiempo de tratamiento a una
temperatura (t) que es preciso aplicar a una población microbiana para
destruir el 90% de las esporas o células negativas. Es igual al número de
minutos precisos para que la línea de supervivencia atraviese un ciclo
logarítmico y puede calcularse a partir del inverso de la pendiente de la línea
de supervivencia.
II.9.2. Valor Z.- El cambio que experimenta el valor D con la temperatura puede
determinarse representado el Log D en función de la temperatura. El valor z
corresponde al número de grados que es preciso aumentar la temperatura
para que la línea de termodestrucción atraviese un ciclo logarítmico y es igual
al inverso de la pendiente de la misma.
II.9.3. Eficacia letal.- Usando el valor z puede calcularse la eficacia letal (L) a partir
de:
L = Log –1 (T-Tref)/Z
La eficacia letal expresa la letalidad de 1 minuto de tratamiento a cualquier
temperatura de referencia en función a la temperatura T.
II.9.4. Valor F.- El símbolo F para designar el equivalente en minutos a 121,1
ºC(250 ºF) de las letalidades combinadas de todas las integraciones tiempo
temperatura en el punto de calentamiento más tardío para un producto
durante su tratamiento térmico. Así el valor F es una medida del efecto letal
total sobre los microorganismos que tiene un tratamiento térmico. En término
Fo indica el valor F en el centro de un envase. (Rees, 1994)
II.10.Curvas de tiempo de muerte térmica:
El calor mata las bacterias a una velocidad que es casi proporcional al número
presente en el cuerpo que está recibiendo el calor. A esto se le llama un orden
logarítmico de muerte, lo cual significa que, bajo condiciones térmicas constantes, el
mismo porcentaje de la población bacteriana será destruida en un periodo dado, no
importa cuál sea el número de población sobreviviente. Dicho de otra manera, si
una temperatura dada mata el 90% de la población restante durante el segundo
minuto, el 90% de la que queda en el tercer minuto, etc.
II.11.Punto Frío en las masas de alimento:
En los casos en que el calor se suministra desde afuera, como en un autoclave,
cualquiera que sea el producto, el alimento que se encuentra más cerca de las paredes
de la lata alcanzará la temperatura de esterilización antes que el alimento al que la
temperatura final del tratamiento térmico llega al último se llama el “punto frío”
dentro de la lata o masa.
Se supondrá que, en una lata de alimento sólido calentado por conducción, el punto
frío se encontraría justamente en el centro de la lata y así es en efecto. En los
alimentos expuestos al calentamiento por convección, a menos que las latas se agiten,
el punto frío se encuentra un poco más abajo del centro exacto de la lata. Si
queremos asegurarnos de que se dé que se logre la esterilización comercial, tenemos
que dejar que el punto frío de las latas alcance la temperatura de esterilización y que
la conserve el tiempo necesario a fin de destruir las esporas bacterianas más
resistentes.
II.12. Determinación del tiempo del proceso:
A fin de determinar el tiempo necesario para que nuestra autoclave produzca un
calor, empleamos un termopar sensible al calor. En la figura la colocación correcta
muestra del termopar a fin de medir la temperatura en los puntos fríos de los
alimentos enlatados que se calientan por conducción y convección natural. Las latas
con termopares son llenados con el alimento bajo estudio, cerrado y colocadas en el
autoclave. (Potter, 1995)
III. MATERIALES Y MÉTODOS
III.1. MATERIALES
Productos enlatados Termómetro Papel milimetrado Recipientes Cronómetro
3.2. EQUIPOS
Termocupla y accesorios Registrador de temperaturas Marmita o autoclave3.3. PROCEDIMIENTO
Al inicio de la sesión de práctica, el profesor dará las instrucciones con respecto al procedimiento a seguir para la preparación del producto enlatado a fin de obtener las temperaturas en el punto más frío del producto.
Durante el tratamiento térmico, los estudiantes registrarán los datos de temperatura y tiempo, tanto de calentamiento como de enfriamiento para graficar la curva experimental.
IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES
IV.1. Con los datos obtenidos experimentalmente en el cuadro 01, graficar en papel semilog invertido Tp vs q, indicando todas las temperaturas durante el periodo de calentamiento. Determinar el fh, Psit, tiempo cero corregido.
Cuadro 01: Datos de penetración de calor en un producto
Tiempo de exposición (min)
Temperatura en el pmf (°F)
Calentamiento0123456789101112131415161718
Enfriamiento1920212223
78,8101,84131,0165,2188,6204,8215,6222,41226,8230,0232,2234,0235,6236,7237,2237,2237,2238,3238,6
238,6206,6168,8137,3131,9
Datos para los cálculos y el gráfico:Fo = 1 min; TR = 241°F; Twenf = 86°F; CUT = 1,5 minNota: Número de esporas por recipiente = 10001. Graficar para calentamiento y enfriamiento2. Datos del cuadro.
T 1 h=78,8 ° FT 1C=238,6 ° F
3. Calculando del procesamiento térmico.Por formula: B=fh ( log ( Jh∗Ih )−log ( g ))
Jh=TR−PSITTR−T 1
= 241−76241−78,8
=1,02
Ih=TR−T 1=241−78,8=162,2° F
Calculo de g
Como n° de esporas/recipiente =100=103
Para zanahoria (hortaliza) D 250=0,21 min
101212D
Por formula: F=D(logN o−logN )
F=0,21( log (1015−log (1 ) ))F=3,15 min
Como: U=F*F1
F1=10250−241
18 =3,162
U=F∗F 1=9,96
Como: fhU
=6,409,96
=0,64
Jc= 86−27686−238,6
=1,245
Con los datos: fh/U=0,64; Jc=1,245; Z=18°F
En la tabla N° 02: e interpolando encontramos el valor de g.
g=0,1525
Reemplazando
B=19,426
Pero el tiempo de proceso para el operador.
θTT=B−(CUT∗0,42 )=18,8 min
Cuadro 02: Algunos valores fh/U y g para z = 10 y jc = 0,4 – 2,0
fh/U Valores de g para los siguientes valores de jc
0,40 0,80 1,00 1,40 1,80 2,00
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
100,0
500,0
0,0411 0,0474 0,0506 0,0570 0,0602 0,0665
0,0870 0,102 0,109 0,123 0,138 0,145
0,150 0,176 0,189 0,215 0,241 0,255
0,226 0,267 0,287 0,328 0,369 0,390
0,313 0,371 0,400 0,458 0,516 0,545
0,408 0,485 0,523 0,600 0,676 0,715
1,53 1,80 1,93 2,21 2,48 2,61
2,63 3,05 3,26 3,68 4,10 4,31
3,61 4,14 4,41 4,94 5,48 5,75
4,44 5,08 5,40 6,03 6,67 6,99
7,17 8,24 8,78 9,86 10,93 11,47
9,83 11,55 12,40 14,11 14,97 16,68
11,5 13,6 14,6 16,8 18,9 19,9
12,8 15,1 16,3 18,7 21,1 22,3
13,8 16,4 17,7 20,3 22,8 24,1
17,6 20,8 22,3 25,4 28,5 30,1
26,0 30,6 32,9 37,5 42,1 44,4
IV.2. DICUSIONES
Según Mafart (1994), el tratamiento térmico en la industria involucra el uso de altas temperaturas por períodos de tiempo cortos, para asegurar la inocuidad del alimento; sin embargo, las indicadas condiciones de proceso representan gastos excesivos de energía y además pueden afectar negativamente la calidad nutricional y sensorial de los productos procesados, por lo que en la practica el tiempo de tratamiento térmico fue de 18,8 minutos un tiempo suficiente para alcanzar la letalidad.
Según Rees (1994), Un alimento estéril comercialmente puede definirse como
un producto que ha sido sometido a un tratamiento térmico, no se altera en
condiciones normales de almacenamiento, ni supondría un peligro para la salud
del consumidor
V. CUNCLUSIÓN
Con un problema dado se determino el tiempo de tratamiento térmico para un
producto enlatado.
Se determino el tiempo que se necesita para alcanzar la letalidad en un proceso.VI. CUESTIONARIO
1. Con los datos (cuadro 03) de penetración de calor de conservas de sardina entera en aceite en envases de 1 lb, hallar el tiempo de tratamiento térmico mediante el método matemático de Ball. El proceso es en continuo. Nota: Twenf = 75°F.
Cuadro 03: Datos de penetración de calor en conservas de sardina
Tiempo de exposición
(min)
Temperatura en el pmf (°F)
012345
85,80131,90135,50137,84139,10142,52
Amb.117145158165176
678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243
144,50145,90147,20150,44150,88152,78154,40160,88161,24163,58166,10168,62171,14172,24176,36180,50181,94184,46186,62187,34189,14198,70200,20208,59214,80215,90219,70224,80229,80230,55230,10230,20230,25230,30230,40230,50230,55230,65
190200212218222226228232235237240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240
4445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081
230,75230,85231,00231,10231,30231,35231,50231,60231,80231,90232,20232,25232,40232,60232,90233,10233,30233,80233,90234,20234,40234,85235,00235,40235,90236,59237,00237,75238,00238,50239,00239,00239,00238,00236,00230,00220,00208,00
240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240240140240240240240240240240240235232219190170
828384
200,00190,00170,00
160145128
1. Graficar para calentamiento y enfriamiento2. Datos del cuadro.
T 1 h=85,80 ° FT 1C=239,00 ° F
3. Calculando del procesamiento térmico.Por formula: B=fh ( log ( Jh∗Ih )−log ( g ))
fh=41,5
Jh=TR−PSITTR−T 1
= 240−125240−85,80
=0,746
Ih=TR−T 1=240−85,80=154,2 ° F
Calculo de g
Para alimentos (enlatados) D 250=0,21 min y Z=18
Por formula: F=D(logN o−logN )
F=0,21( log (1012−log (1 ) ))F=2.52
Como: U=F*F1
F1=10250−240
18 =3,594
U=F∗F 1=2,52∗3,594=9.10
Como: fhU
=41,59.10
=4,460
Jc=75−27575−239
=1,220
Con los datos: fh/U=3,343; Jc=1,220 ;Z=18° F
En la tabla N° 02: e interpolando encontramos el valor de g.
g=5,1822
Reemplazando
B=55,872
Pero el tiempo de proceso para el operador.
θTT=B−(16∗0,42 )=49,152 min
2. Una compañía alimentaria está procesando térmicamente latas de 307x306. El tiempo de procesamiento a 240 ºF es 70 minutos, con un tiempo de levante (CUT) de 10 minutos para la autoclave. El resultado de la prueba de penetración de calor se da en el cuadro 04. Calcular el valor total de esterilización del proceso utilizando el método de Ball.
Cuadro 04: Datos de penetración de calor en un producto
Tiempo (min) Temperatura (°F)
0
5
166,0
170,0
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
195,0
221,5
232,5
233,4
234,4
235,2
236,0
236,6
237,1
237,5
237,9
238,4
238,5
VII. BIBLIOGRAFIA
Desrosier N. 1993. Elementos de tecnología de alimentos. México, Continental S.A.
Mafart, P. 1994. Ingeniería industrial alimentaria, volumen I: Procesos físicos de conservación, Zaragoza, España: Editorial Acribia.
Potter, N. 1995. La ciencia de los alimentos. México, Edutex S.A
Rees J.A.G; y Bettison J. 1994 “Proceso Térmico y Envasado de los Alimentos.
Edit. Acribia S.A. Zaragoza.