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Título: EVALUACIÓN DE TRATAMIENTOS
FABRICACIÓN DE CONSERVAS VEGETALES
TÉRMICOS
EN
LA
Autores: Pérez-Aparicio, Jesús (Dr. Veterinario); Rodríguez Partida, Vanesa (Lcda.
Ciencias Biológicas); Toledano-Medina, M. Ángeles (Lcda. Veterinaria y Lcda.
Tecnología de los alimentos).
Dirección: Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera. Centro IFAPA
“Palma del Río”. Avda Félix Rodríguez de la Fuente s/nº. 14700. Palma del Río
(Córdoba).
RESUMEN
En los tratamientos térmicos aplicados a las conservas enlatadas se utilizan
procedimientos para evaluar la eficiencia del tratamiento. La “curva de supervivencia
térmica” se realiza para obtener un parámetro conocido como valor D o tiempo de
reducción decimal. Otro parámetro de importancia es Z obtenido mediante la
representación de las curvas de destrucción térmica o curvas DT. Para determinar la
idoneidad de el tratamiento térmico es necesario calcular su Letalidad (Fo) que se halla
mediante el modelo general. La curva de penetración de calor y el modelo de Ball se
utilizan para el diseño de tratamientos térmicos.
CINCO PUNTOS
1.- Los valores D y Z caracterizan a cada especie bacteriana.
2.- El parámetro de letalidad (F) permite comparar diferentes tratamientos térmicos.
3.- Para hallar la letalidad total de un proceso térmico existen varios métodos basados
en el método general y en modelos matemáticos como el método de Ball.
4.- La curva de penetración de calor se usa para predecir la temperatura en el interior del
envase en cualquier instante del tratamiento.
5.- El método de Ball permite evaluar la Letalidad (F) de un tratamiento a priori y la
influencia sobre el proceso al modificar determinadas condiciones como la temperatura
inicial en el interior del envase (T0) o la temperatura de proceso.
En los tratamientos térmicos aplicados a las conservas enlatadas se utilizan
procedimientos para evaluar la eficiencia del tratamiento. Este artículo pretende revisar
los fundamentos de la revisión y del diseño de tratamientos térmicos empleados en
conservas vegetales.
CINÉTICA DE DESTRUCCIÓN MICROBIANA
Cuando sometemos una población bacteriana a la acción de una temperatura letal
durante un periodo prolongado en el tiempo, su destrucción sigue una cinética
exponencial. Si representáramos la evolución de una población bacteriana sometida a la
acción de calor letal a una temperatura constante en un eje logarítmico de ordenadas
frente al tiempo en el eje de abscisas se obtendría una recta.
Esta gráfica se denomina “curva de supervivencia térmica” y se realiza para
determinados microorganismos alterantes para obtener un parámetro conocido como
valor D o tiempo de reducción decimal a una determinada temperatura. Se define como
el tiempo a una determinada temperatura preciso para reducir una población bacteriana
de partida (N0) a la décima parte y coincide con un ciclo logarítmico (ver figura 1).
[logN0− logN1]=D−1t
(1)
Cuando [logN0−logN1] cubre un ciclo logarítmico su valor es 1 y D=t
La expresión (1) es útil para determinar el tiempo necesario para reducir la población a
una temperatura dada. Cada microorganismo tiene un valor D que lo caracteriza a cierta
temperatura. Por ejemplo si quisiéramos saber el tiempo (t) necesario a 250ºF para que
un esporo de Clostridium Botulinum sufra 12 reducciones decimales sabiendo que su
valor D250 (la temperatura se señala en el subíndice de D) es 0,21 min. los cálculos
serían los siguientes:
N0=1; N1=10-12; D250=0,21;
t= 12 x 0,21= 2,52 min.
Otro parámetro de importancia es el obtenido mediante la representación de las curvas
de destrucción térmica o curvas DT. Representa en el eje de ordenadas el logaritmo de
diferentes valores de D para determinado microorganismo y en el eje de abscisas la
temperatura (T) correspondiente a esos valores (ver figura 1). La figura es una recta
cuya ecuación es similar a la anterior mostrando el parámetro (Z) que se define como el
incremento de temperatura necesario para reducir un ciclo logarítmico el valor D.
[logD2−logD1]=Z−1[T1−T2]
(2)
Cuando [logD1−logD2] cubre un ciclo logarítmico su valor es 1 y Z=[T2−T1]
[Figura 1. a) Curva de Supervivencia Térmica. b) Curva de Destrucción térmica]
La expresión (2) es necesaria para calcular equivalencias a un tratamiento de referencia.
Por ejemplo cuanto tiempo sería necesario aplicar 240ºF para ser equivalente a un
tratamiento de 250ºF durante un minuto respecto a un microorganismo con valor Z=18.
D2=10[0,55]=3,59 min.
D1=1; T2=240; T1=250;
Los valores D y Z caracterizan a cada especie bacteriana. En la tabla 1 se muestran los
valores D y Z de algunas de las bacterias más importantes en conservas.
Tabla 1. Valores de D (min.) y Z(ºF) de Bacterias de importancia en conservas
Grupos Bacterianos
Alimentos de baja acidez (pH>4,6)
Termófilos (esporas)
B. stearothermophilus
C. thermosaccharolyticum
C. nigrificans
Mesófilos (esporas)
C. botulinum
Alimentos ácidos (pH 4 – 4,6)
Termófilos (esporas)
B. coagulans
Mesófilos (esporas)
B. polymyxa y B. macerans
Anaerobios butíricos (C. Pasteurianum)
Alimentos de acidez alta (pH<4)
Bacterias no formadoras de esporas mesofílicas
Lactobacillus y Leuconostoc, Hongos y Levaduras
D
Z
D250
4 5
3 4
2 3
14 22
16 22
16 22
0,1 0,2
0,1 1,5
14 18
14 18
0,01 0,07
D212
0,1 0,5
0,1 0,5
14 18
12 16
12 16
D150
0,5 1
8 10
EVALUACIÓN DEL PROCESO TÉRMICO
Para comparar procesos térmicos se define el parámetro de letalidad (F) que permite
comparar diferentes tratamientos térmicos. Definimos F como el equivalente en minutos
a alguna temperatura de referencia, de todo el calor letal en un proceso con respecto a la
destrucción de un organismo caracterizado por algún valor de Z dado. La temperatura de
referencia se coloca como subíndice del parámetro F y el valor de Z se coloca como
superíndice. Cuando la temperatura de referencia es 250ºF y el valor Z es 18 se expresa
como Fo.
Para hallar la letalidad total de un proceso térmico existen varios métodos basados en el
método general y en modelos matemáticos como el método de Ball.
Método General
Para hallar la intensidad letal (L) en cada minuto tiempo-temperatura del proceso se
calcula el inverso del equivalente a un tratamiento Fo o bien podemos utilizar la
siguiente expresión:
L = 10 exp (Z−1(T−250))
(3)
Para calcular la letalidad del proceso completo (Fo) hay que integrar la intensidad letal
(L) en cada unidad de tiempo del proceso. Para esto existen diversos métodos:
a)Se halla la curva de letalidad que representa la intensidad letal (L) en cada
unidad de tiempo sobre una cuadrícula y se calcula el área mediante el cociente
de cuadrados con el número de cuadros que constituyen un área unitaria.
b)El método de pesada consiste en representar la intensidad letal frente al
tiempo, recortar el área bajo la curva y pesar. Seguidamente se corta un
rectángulo de área unitaria y se pesa igualmente; el cociente entre ambos pesos
sería Fo.
c)Se puede utilizar un planímetro para medir el área de la gráfica de intensidad
letal y el área unitaria.
d)El método de la regla trapezoidal consiste en calcular el área total como la
suma de pequeños paralelogramos. Se utiliza la expresión:
Fo = 2−1(∆t) [Lo+2L1+2L2+2L3+...+2Ln-1+Ln]
(4)
e)El método de Simpson es similar al anterior. La limitación es que necesita un
número impar de intensidades letales (L). La expresión que utiliza es la
siguiente:
Fo = 3−1(∆t) [Lo+4(L1+ L3+...+Ln-1)+2(L2+ L4+...+Ln-2)+Ln]
(5)
f)El método de Patashnik es una adaptación de la regla trapezoidal a un proceso
en funcionamiento de forma que se pueda saber durante el proceso el valor de
Letalidad alcanzado (Fo) y así decidir cuando detener el proceso.
Fo=([L total hasta la lectura anterior]+ 2−1Lactual) x ∆t
(6)
En la tabla 2 se muestran datos reales de un tratamiento térmico con el cálculo de la
Letalidad del proceso (L), y el valor de Fo según la regla trapezoidal (Fot) y según el
método de Patashnik (Fop).
Tabla 2. Fo (min.) según método de la regla trapezoidal (Fot) y Patashnik (Fop).
t=tiempo de proceso; TªB=temp. agua (ºF); TªP=temp. producto(ºF); L=Letalidad
t (min)
TªB
TªP
L
Fo(t)
Fo(p)
1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
82,4
145,4
203
204,8
239
239
239
239
239
237,2
127,4
86
89,6
147,2
179,6
215,6
231,8
237,2
238
238
238
165,2
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,10
0,19
0,25
0,31
0,31
0,00
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,3
1,0
2,1
3,5
5,1
5,8
0,0
0,0
0,0
0,0
0,3
1,0
2,1
3,5
5,1
5,8
Penetración de calor
Se usa para calcular la temperatura en el interior del envase en cualquier instante del
tratamiento sabiendo la temperatura de proceso (T1) y la temperatura inicial en el
interior del envase (T0). También se utiliza para calcular el tiempo (t) necesario para
alcanzar una determinada temperatura (Tt) en el interior del envase conociendo T1. La
temperatura de proceso es la temperatura programada para la esterilización. En el
tratamiento mostrado en tabla 2, T1 es 239 ºF.
Se representa en cada tiempo t la diferencia T1 Tt en un eje de ordenadas con escala
logarítmica y el tiempo en el eje de abscisas. El tramo lineal de la gráfica se prolonga
hasta el eje de ordenadas (T1−TA) siendo TA la temperatura inicial teórica necesaria para
obtener una línea recta. Seguidamente se calculan el parámetro j con la expresión:
j=(T1−TA) (T1 − T0)−1
(7),
siendo T0 la temperatura real inicial en el interior del envase.
De la recta se extrae f que representa el tiempo necesario para que la curva de
penetración atraviese un ciclo logarítmico. En la figura 2 a) se muestra la curva de
penetración de calor y la expresión final del modelo correspondiente al tratamiento de la
tabla 2.
Curva de enfriamiento
La curva de enfriamiento se utiliza en un sentido similar al anterior considerando el
punto de inicio el momento de desconexión del vapor. Se representan las diferencias
Tt−Te, siendo Te la temperatura de enfriamiento. Se hallarían je y fe de forma similar.
Método de Ball
A diferencia del modelo general, el método de Ball permite evaluar la Letalidad (Fo) de
un tratamiento a priori y la influencia sobre el proceso al modificar determinadas
condiciones como la temperatura inicial en el interior del envase (T0) o la temperatura
de proceso (T1). Para solucionar esto Ball ideó un procedimiento basado en la curva de
penetración de calor. Consideró el tiempo total de proceso (tB), el tiempo a temperatura
de proceso (tp) más el 42% del tiempo necesario para alcanzar T1 que se define como tc.
De forma que se considera todo el tiempo (tB) a temperatura de proceso T1. El nuevo
punto de corte T1−TBall viene determinado por la intersección entre la curva de
penetración de calor y la recta a una distancia 0,58tc del origen. El valor jBall se
determina con el nuevo punto de corte. En la figura 2 b) se muestra la gráfica y la
expresión final del modelo correspondiente al tratamiento de la tabla 2.
[Figura 2. a)Curva de penetración de calor. b)Modelo de Ball]
A T1−TBall se le designa como valor g. Existen tablas que relacionan los siguientes
parámetros: g, j, y f(U−1) siendo U=Fo(L)−1. Utilizando dichas tablas se puede predecir
la letalidad de un tratamiento térmico.
BIBLIOGRAFÍA
1.-Hersom, A.C., Hulland, E.D. (1984). Conservas Alimenticias. Editorial Acribia, S.A.
2.-Stumbo, C.R., (1973). Termobacteriología en el procesado de alimentos. Universidad
de Massachussets.
3.-Sharma, S.K, Mulvaney, S.J., Rizvi,S.S.H. (2003). Ingeniería de Alimentos. Editorial
Limusa.