7.- Penetración de calor.

21/05/2012
VALIDACIÓN PROCESOS TÉRMICOS Y REQUISITOS TÉCNICOS PARA
LA EXPORTACIÓN A EEUU.
7.- Penetración de calor.
7.-- Penetración de calor.
7.
La inactivación microbiológica en las conservas, que
garantiza la seguridad alimentaria y la vida útil del
producto, se consigue, en este caso por aplicación de
calor al envase hermético.
Para validar un tratamiento habrá que estudiar como
penetra el calor en el producto.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Selección de tratamiento térmico:
PARA QUE UN PROCESO DE
ESTERILIZACIÓN SEA CORRECTO, ES
PRECISO QUE EN EL PUNTO MÁS FRIO
DEL ENVASE COLOCADO EN EL LUGAR
MÁS DESFAVORABLE DEL
AUTOCLAVE, SE ALCANCE EL VALOR DE
ESTERILIZACIÓN F0 PREFIJADO.
1
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
7.-- Penetración de calor.
7.
7.-- Penetración de calor.
7.
2
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
7.-- Penetración de calor.
7.
7.-- Penetración de calor.
7.
3
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
.- ESTUDIOS DE PENETRACIÓN DE CALOR:
i.- FACTORES QUE AFECTAN A LA
PENETRACIÓN DE CALOR.
ii.- PENETRACIÓN DE CALOR:
.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR.
.- LOCALIZACIÓN DE LA ZONA CRÍTICA EN EL
ENVASE.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Factores que afectan a la penetración de calor:
.- Naturaleza del producto.
.- Material del envase.
.- Forma del envase.
.- Capacidad.
.- Características del líquido de gobierno.
.- Disposición del envase.
.- Ubicación del envase.
.- Proporción sólido-líquido de gobierno.
.-Diferencias de temperatura entre el envase
y el esterilizador.
.- Relación tiempo/temperatura.
.- Temperatura inicial.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Naturaleza del producto:
La consistencia del producto es fundamental ya
que determina el mecanismo de transmisión,
convección o conducción, mezcla, evolución
durante el proceso...
4
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Material del envase:
A igual capacidad y forma del envase la
transmisión de calor a través de la pared de los
envases metálicos requiere un 25 % menos de
tiempo en el tratamiento térmico que en el caso de
envases de vidrio.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Forma del envase.
La penetración es más rápida en aquellos envases
en los que la superficie de exposición al fluido
calefactor es mayor.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Capacidad del envase.
El tiempo de esterilización, en principio, será mayor
cuanto mayor sea la capacidad del envase.
5
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7.-- Penetración de calor.
7.
.- Características del líquido de gobierno:
Cuanta mayor es la viscosidad menor la velocidad
de transmisión, la presencia de almidones,
azucares (ºBrix) y otras sustancias, disminuye la
velocidad de transmisión de calor.
7.-- Penetración de calor.
7.
Disposición del envase:
La velocidad de transmisión de calor depende de si
los envases se colocan verticalmente o al azar, si se
colocan separadores o no, si se colocan en columna
o en racimo.
7.-- Penetración de calor.
7.
6
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Proporción sólido-líquido de gobierno:
Fundamental cuando son posibles corrientes de
convección. Es importante controlar la dosificadora de
sólidos.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Diferencia de temperatura entre envase y
equipo térmico.
Cuanta mayor es la diferencia
entre las temperaturas del
pasteurizador y la del interior
del envase más rápida es la
transmisión de calor.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Relación tiempo/temperatura:
Cualquier tratamiento térmico viene determinado
por esta pareja de parámetros. En ocasiones se
eligen temperaturas altas y tiempos cortos y en
otras ocasiones temperaturas bajas y tiempos más
largos.
g
TEMPERATURA
TIEMPO
100
375
105
120
110
38
115
12
121
3
7
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7.-- Penetración de calor.
7.
.- Temperatura inicial del producto:
A la hora de determinar un tratamiento térmico, éste
se fija respecto a la mínima temperatura a la que el
producto entra en el autoclave. Este punto es todavía
más importante en el caso de una transmisión de
calor por conducción.
120,0
100,0
80,0
Series1
60,0
Series2
Series3
40,0
Series4
20,0
1
5
9
13
17
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29
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41
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77
81
85
89
93
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101
105
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0,0
7.-- Penetración de calor.
7.
120
100
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97
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103
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109
112
115
0
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Colocación del producto en el envase:
Dependiendo de la colocación del producto en el
interior del envase, la penetración de calor puede
verse afectada.
120,0
100,0
80,0
Series1
60,0
Series2
Series3
Series4
40,0
20,0
1
4
7
10
13
16
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31
34
37
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49
52
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70
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82
85
88
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94
97
100
103
106
109
112
0,0
8
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7.-- Penetración de calor.
7.
.- Método de llenado de los envases:
.- Llenado manual.
.- Llenadora volumétrica.
.- Llenadora rotativa.
.-- Llenadora vibracional.
vibracional
Dependiendo del método de llenado, la parte sólida
puede quedar más apelmazada en el fondo del
envase, por lo que el punto frío se desplazaría en esa
dirección. También es fundamental la exactitud en el
peso escurrido de llenado. Posibilidad de llenado por
vacío.
7.-- Penetración de calor.
7.
Fondo
Centro
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Tamaño de producto: (entero, cubitos).
En el caso de productos enteros, suele ser normal
que haya una mejor penetración de calor que en los
mismos cubitados, laminados… ya que en estos
últimos se produce un apelmazamiento mayor.
9
1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
61
64
67
70
73
76
79
82
85
88
91
94
97
100
103
106
109
112
115
118
9:27:52
9:30:52
9:33:52
9:36:52
9:39:52
9:42:52
9:45:52
9:48:52
9:51:52
9:54:52
9:57:52
10:00:52
10:03:52
10:06:52
10:09:52
10:12:52
10:15:52
10:18:52
10:21:52
10:24:52
10:27:52
10:30:52
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10:48:52
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11:00:52
11:03:52
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11:09:52
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11:18:52
11:21:52
120
120
120
1
4
7
10
13
16
19
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25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
61
64
67
70
73
76
79
82
85
88
91
94
97
100
103
106
109
112
115
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7.-- Penetración de calor.
7.
100
.- Tomate entero RO-4250:
80
60
Series1
Series2
40
Series3
Series4
20
0
7.-- Penetración de calor.
7.
100
.- Tomate cubitado RO-4250:
80
60
Series1
Series2
40
Series3
Series4
20
0
7.-- Penetración de calor.
7.
100
.- Tomate entero RO-425:
80
60
Series1
Series2
40
Series3
Series4
20
0
10
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
120
.- Tomate cubitado RO-425:
100
80
Series1
60
Series2
Series3
Series4
40
20
1
4
7
10
13
16
19
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25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
61
64
67
70
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76
79
82
85
88
91
94
97
100
103
106
109
112
115
0
7.-- Penetración de calor.
7.
7.-- Penetración de calor.
7.
Para garantizar la esterilidad de una conserva es
preciso estudiar la transmisión de calor en el punto
más frío. Para determinar el punto más frío hay que
tener en cuenta la colocación del envase y sobretodo
el mecanismo de penetración de calor: convección
y/o conducción.
11
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
i.- Conducción: se presenta en alimentos
sólidos o muy viscosos. (mermeladas, productos
cárnicos o marinos, cremas,...).
Es un mecanismo lento, dependiendo la velocidad de
transmisión de la diferencia de temperatura
p
entre el
autoclave y el producto.
Este mecanismo obliga a un sobrecalentamiento del
producto en contacto con el envase.
7.-- Penetración de calor.
7.
Q=k*A*AT/x
11.4
Q:Cantidad de calor
transferida
transferida.
x: Espesor de producto.
A: Área de transmisión.
AT: Diferencia de Tª
entre el interior y el
exterior del envase.
8.0
11.3
7.-- Penetración de calor.
7.
ii.- Convección: se presenta en alimentos con
gran contenido líquido.
Este mecanismo conlleva la formación de corrientes
dentro del envase.
La transmisión de calor es rápida y la degradación del
alimento mínima.
12
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
En la práctica se presenta una participación
conjunta de ambos mecanismos de transmisión de
calor.
En algunos casos el producto evoluciona desde la
convección a la conducción, por ejemplo legumbres y
productos con adición de almidones.
7.-- Penetración de calor.
7.
Q=U*A*AT
12.4
Q:Cantidad de calor transferida.
U: Coeficiente de transmisión.
A: Área de transmisión.
AT: Diferencia de Tª entre el
interior y el exterior del envase.
11.2
9.4
7.-- Penetración de calor.
7.
Se da este nombre a la zona del envase donde la
probabilidad de supervivencia de los microorganismos
es mayor.
Si la transmisión de calor es por conducción el punto
más frío del envase es el centro geométrico.
Si la transmisión de calor es por convección el punto
más frío del envase es la parte inferior del envase en
un punto situado próximo al eje longitudinal
aproximadamente a 1/3 de la altura del envase .
13
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
No obstante dependiendo de la geometría del envase
y de la evolución del producto es preciso localizar
puntos alternativos.
En el punto más frío del envase colocaremos las
sondas del termorregistrador y mediremos la
temperatura minuto a minuto, obteniendo una gráfica
calentamiento-enfriamiento.
7.-- Penetración de calor.
7.
Cuando la formulación incluye almidones, dependiendo
de su temperatura de acción, se producirá un paso de la
transmisión por convección a la conducción. Un caso
similar es el de productos que se hidratan durante el
tratamiento térmico.
En este caso el punto frío del envase se va
desplazando desde el tercio inferior hacia el centro
geométrico
7.-- Penetración de calor.
7.
14
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
7.-- Penetración de calor.
7.
7.-- Penetración de calor.
7.
15
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
Para calcular el tiempo de permanencia en el
autoclave a partir de estos datos, podríamos
considerar que el tratamiento global está formado
por tratamientos individuales de un minuto de
duración a la temperatura que indique la gráfica; así
para cada minuto
(Fo)i = 10 ((121.1-T)/10.0) ; Fo= ∑ (Fo) i
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
i.-Higiene en las empresas: tanto de las máquinas
en contacto con los alimentos
(cortadoras, escaldadores, arrastradores, empacador
as, dosificadoras,...), como del personal.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
Implantación de prerequisitos:
Limpieza y desinfección.
Control de plagas.
F
Formación
ió manipuladores.
i l d
Control de agua.
Mantenimiento de registros de los puntos
críticos.
APPCC.
16
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
ii.- Materia prima: En su caso es preciso mantener la
cadena de frío, almacenarla adecuadamente, vigilar
su calidad,...
BE 4ºC aerobios
log UFC/gramo
10
9
8
7
media
6
5
4
0
2
4
6
8
10
tiempo(dias)
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
ii.- Materia prima: En el caso de envases, es preciso
realizar:
.-- un lavado o soplado
soplado.
.- Control de la recepción.
.- Comprobación de especificaciones.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
iii.-Selección y lavado: Es preciso retirar la materia
prima que presente algún daño que pueda repercutir
en un aumento de la contaminación inicial.
iv.- Elaboración rápida de la materia prima: Debe
procurarse que las
l dif
diferentes
t ffases
del proceso se realicen de manera
continua. La retención de producto
puede llevar consigo un aumento
en la contaminación inicial.
17
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
v.- Llenado de envases: Un llenado excesivo
dificulta la penetración de calor y puede causar
deformaciones en los envases.
vi.- Vacío en el espacio de cabeza: Garantiza la
reducción del contenido en oxígeno, asegurando la
mejor conservación del producto y del envase ya que
reduce la posible corrosión.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
v.- Llenado de envases: Un llenado excesivo dificulta
la penetración de calor y puede causar deformaciones
en los envases.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
vi.- Vacío en el espacio de cabeza: Garantiza la
reducción del contenido en oxígeno, asegurando la
mejor conservación del producto y del envase ya que
reduce la p
posible corrosión.
18
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
vii.- Temperatura de
cerrado: los baremos de
esterilización se fijan en base
a la temperatura inicial con la
que el producto entra en el
autoclave.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una
esterilización eficaz:
viii.- Acidificación: los producto
s con pH pueden ser tratados
térmicamente a temperaturas por
debajo de los 100 ºC. Debe ser
escrupulosamente controlada.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
ix.-.Retención de los envases antes del cierre: dicha
retención da lugar
g a sobrecocciones,, aparición
p
de
sabores extraños, aumento del recuento
microbiano, pérdida de temperatura, pérdida de vacío.
19
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7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
x.- Cerrado hermético del envase: es inherente a la
definición de conserva el hecho de garantizar la
hermeticidad del cierre.
.- Envases metálicos:
1.- Examen visual del perímetro de cierre para
detectar fallos.
2.- Medidas externas del cierre: altura de
cubeta, espesor de cierre, altura de cierre.
3.- Medidas internas del cierre: gancho de
cuerpo, gancho de tapa, espesor de hojalata.
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
Dimensiones básicas de un cierre:
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Precauciones previas para una esterilización eficaz:
Si un cierre presenta un punto fuera de medida la
hermeticidad se encuentra en entredicho. El proceso
de esterilización no hará sino acentuar la debilidad
del cierre.
20
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
.- Envases de vidrio:
1.- Medida de suspensión:
2.- Medida de seguridad:
7.-- Penetración de calor.
7.
xi.- Reducir a lo mínimo el tiempo de espera una vez
el envase está cerrado hasta el comienzo de la
esterilización.
xii.- Posición de los envases durante la
esterilización: éstos deben colocarse de manera que
permitan la libre circulación del vapor o del agua.
7.-- Penetración de calor.
7.
xiii.- Tiempo de calentamiento: es preciso que
cuando el autoclave comienza a descontar los
minutos de estabilización, los envases se encuentren
a la mínima temperatura exigida para lograr la
esterilización comercial. Dependiendo de la
naturaleza del producto es preciso conocer si el
producto reacciona mejor con calentamientos lentos
o rápidos.
21
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
Prestar especial atención al hecho de que si se
diseña un calentamiento rápido, el tratamiento
térmico presentará diferencias si se carga el
autoclave por completo o si se introducen pocos
envases.
7.-- Penetración de calor.
7.
xiv.- Manejo de autoclaves: la aplicación correcta
de los baremos de esterilización exige un
conocimiento preciso del autoclave y su manejo. El
operario debe conocer tanto el funcionamiento del
equipo
como la importancia de cada uno de los pasos a
seguir.
seguir
7.-- Penetración de calor.
7.
xv.- Controlar los parámetros de temperatura, tiempo
y presión durante las tres fases del ciclo térmico.
Temperatura y tiempo son fundamentales, pero
también la contrapresión, ya que en embases
flexibles y semiflexibles se producen daños
mecánicos llegando incluso a eliminar la
hermeticidad del sellado.
22
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
7.-- Penetración de calor.
7.
xvi.- Enfriamiento de los envases:
Después de la esterilización los envases deben ser
enfriados hasta unos 40 ºC, temperatura a la cual se
seca el agua que queda en torno al cierre tanto en
envases metálicos como de vidrio y por otro lado
detenemos el crecimiento termófilo.
Este enfriamiento debe realizarse lo más
rápidamente posible, ya que una vez se ha
alcanzado el valor de esterilización buscado, todo el
tiempo que nuestra conserva se encuentra en el
rango de temperaturas entre 105-45 ºC estamos
perdiendo cualidades organolépticas.
7.-- Penetración de calor.
7.
Es preciso prestar especial atención a la contrapresión
de enfriamiento en autoclaves en los que una brusca
caída de la presión puede provocar la aparición de picos
en el perímetro de la tapas y/o salida de producto, con
la consiguiente contaminación mesófila
si el cierre se encuentra al límite
límite.
23
21/05/2012
7.-- Penetración de calor.
7.
Este problema es especialmente importante en
autoclaves verticales que esterilizan con vapor, ya que
en el momento en el que se introduce el agua de
enfriamiento se pierde la presión que ofrecía el vapor y
es preciso suplirla con aporte de aire comprimido.
7.-- Penetración de calor.
7.
La mejor precaución para realizar una
esterilización eficaz es cumplir rigurósamente con el
plan de trabajo establecido, sin realizar ninguna
modificación que, por inocente que pueda parecer en
principio, puede generar incertidumbre ante la
seguridad alimentaria del producto final.
7.-- Penetración de calor.
7.
Es preciso que a pesar de que la esterilización
garantiza dicha seguridad, su eficacia se ve
comprometida por la manipulación del producto
previa a su esterilización.
Cualquier retención no deseada, fallo en la línea
de envasado y dosificación,
dosificación anomalía en el
funcionamiento de los autoclaves debe ser puesta en
conocimiento del equipo de calidad.
Lo mejor es tener en cuenta que tener un
nombre en el mercado cuesta años, pero esta fama
se pierde con rapidez.
24
21/05/2012
Luis Gutiérrez Madorrán
Dep. Tecnologías de la
Producción
Área Asistencia Técnica
lgutierrez@cnta.es
Tel. +34 948670159
Fax +34 948696127
www.cnta.es
t
www.alinnova.com
Gracias por su atención!
25