Guía Problemas Tecnología Alimentos 2011

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CATAMARCA FACULTAD DE CIENCIA EXACTAS Y NATURALES DEPARTAMENTO QUÍMICA

TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS GUIA DE PROBLEMAS 2011

CARRERA:

LICENCIATURA EN QUÍMICA

Universidad Nacional de Catamarca Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Tecnología de los Alimentos Departamento Química

OBJETIVOS Resolver los diferentes problemas relacionados con el análisis de alimentos. Interpretar los resultados obtenidos y compararlos los la legislación vigente. Conformar grupos de trabajo donde se evidencien conductas tendientes a fomentar la solidaridad, solidaridad, respeto mutuo y colaboración. colaboración. Participar en debates y discusiones discusiones que permitan reflexionar reflexionar sobre la importancia que reviste la correcta elaboración y conservación de los alimentos para la salud del consumidor y la economía de la región.

Prof. y Lic. José Lobo Gómez



CINÉTICA DE LA MUERTE DE MICROORGANISMOS El orden de la termodestrucción microbiana es logarítmica, lo que permite desarrollar combinaciones combinaciones de tiempo y temperatura que aseguren un efecto destructivo. La figura muestra la destrucción térmica de microorganismos en función del tiempo para una determinada temperatura. temperatura.

Si se grafica el logaritmo de supervivientes en función del tiempo se obtiene una recta:

A partir de este gráfico se puede determinar el tiempo de reducción decimal (D) que es el número de minutos precisos para destruir el 90% de una población, es decir el tiempo necesario para reducir el número de microorganismos vivos a la décima parte del número inicial: 10 microorganismos vivos  1 microorganismos vivos La muerte de los microbios por calor, u otro agente letal, se expresan mediante la ecuación cinética de primer orden N = No.e -kt donde N es el número de células (UFC/g), N o el número inicial de células, t el tiempo, k constante de muerte térmica (característica de cada microorganismo y es función de la temperatura), se tiene:

Sonde se observa que 2,3 log (N/N o) = - k DT; y como hay una reducción de los microorganismos microorganismos a la décima parte, la relación N/N o = 0,1 por lo lo tanto el log 0,1 = -1; -1; entonces DT = 2,3 / k. El tiempo de reducción decimal es la constante cinética usada con más frecuencia en la industria de conservas vegetales e igual a D = 2,3 / k estando D y k definidos para una temperatura dada.




Las unidades del D son minutos. El tiempo de termodestrucción (D ( D ) varía para cada temperatura (de ahí el subíndice t ) de forma que a mayores temperaturas el valor de D es menor, es diferente para distintos microorganismos, distintos entornos y diferentes condiciones fisiológicas. Se puede calcular el tiempo de de tratamiento térmico, mediante la siguiente ecuación:

t = - DT . log ( N ) N0 Si aumentamos la temperatura de tratamiento, el valor de D disminuye. Si graficamos la reducción en la población microbiana de un microogranismo a diferentes temperaturas, obtendremos líneas rectas de pendientes diferentes, tal como se ilustra en la figura a continuación. continuación. Observe que a mayor temperatura, temperatura, la pendiente de la línea línea es más inclinada (se acerca más a ser una linea vertical), vertical), indicando que el proceso es más rápido. rápido. Por lo tanto, a mayor temperatura, menores serán los tiempos de reducción termal (valores D).

Si aumentamos la temperatura de tratamiento, el valor de D disminuye de forma logarítmica tal y como se indica en la siguiente gráfica:

La interrelación entre D y T está dada por el valor z, conocido como constante de resistencia térmica. De manera análoga a como el valor D indicaba el tiempo necesario para lograr que el número de supervivientes se redujera al 10% de la población inicial, el valor z indica el incremento en la temperatura necesario para que el valor D se reduzca a la décima parte del inicial. La fórmula incluida en la gráfica permite calcular el valor z cuando conocemos el incremento de temperatura (T2 - T1) y los respectivos valores D . El valor z indica el incremento en la temperatura necesaria para que D se reduzca a la décima parte de la inicial.



Z=

T2 – T1 = log DT1 – log DT2


T2 – T1 . log DT1/DT2

Los valores D y Z varían para cada microorganismo y para cada condición. Las esporas, por ejemplo, tienen valores D mucho más altos que las células vegetativas de los mismos microorganismos. microorganismos. Los microorganismos presentes en los alimentos, por otra parte, suelen tener valores D más altos que cuando se cultivan en condiciones de laboratorio. Para poder determinar las condiciones en las que hacer un tratamiento térmico para destruir microorganismos es necesario dominar los conceptos de los valores D y Z Otro valor que tiene gran importancia aplicada en el estudio de la microbiología de la termodestrucción es el parámetro F , tiempo de muerte térmica , que corresponde al tiempo que se requiere (medido en minutos de tratamiento) para reducir la población microbiana presente en un alimento hasta un nivel deseado. Cada microorganismo existente en el alimento tiene su propio valor de F. Cuando consideramos que el calentamiento es un proceso instantáneo, se puede calcular usando la siguiente fórmula:

Ft = Dt (log N0 - log Nt ) Cuando el valor F se refiere a la temperatura de 121 ºC se designa como F 0 0.

F0 = D121.1 (log N0 - log Nt ) Donde F0 es el tiempo en minutos requerido para lograr el grado de reducción de la población microbiana hasta un nivel deseado, N 0 es el número inicial de microorganismos y N t es el número final de microorganismos que se pretende llegar. Cuando se esteriliza un alimento de pH > 4.5 se supone que podría estar contaminado por Clostridium botulinum . Por su peligrosidad, se suelen aplicar entonces 12 reducciones decimales (12D). Esto significa que si existiese una espora viable por envase, después del tratamiento térmico habría una espora viable por cada billón de envases (10 12).

Ejemplo: para las cepas más termorresistentes de Cl. botulinum D121 = 0,21 min, entonces, una reducción 12D sería: F0 = 0.21 x 12 = 2.52 min

PREGUNTAS Y PROBLEMAS 1- ¿Qué tipo de gráfica representa generalmente la cinética de muerte de una población microbiana? ¿Qué tipo de ecuación representa este comportamiento? ¿Qué conclusiones puede obtener de la gráfica? 2- Defina tiempo de reducción decimal.¿Qué parámetro representa la variación de D con la temperatura?

3- Determinar el valor del tiempo decimal de termodestrucción a 116 ºC (D 116) de un microorganismo a partir de los siguientes datos de supervivencia al tratamiento: 4- El valor D 120 para un microorganismo es de 3.0 minutos. Si tenemos una contaminación inicial de 8 x 10 12 células por gramo. ¿Qué valor de contaminación tendrá la muestra después de un tratamiento térmico a 120ºC de 18 minutos?




5- Una empresa láctea ha recibido recibido una partida de leche y los ensayos microbiológicos microbiológicos 5 realizados revelaron una carga inicial de bacterias totales de 10 UFC/ml. Se desea determinar si un tratamiento de esterilización de la leche fluída, podría disminuir los microorganismos detectados sin alterar la calidad nutricional, fisicoquímica y organoléptica de la misma.

Sabiendo que luego lu ego de 540 segundos a 100°C se reduc e la carga microbiana microbi ana a 10 -2 UFC/ml, determine el valor de tiempo de reducción decimal (D) a esa temperatura. 6- Cierto alimento presenta una contaminación de 10 12 ufc/g de Clostridium botulinum , con D121 = 0,21 min. y Z = 10 ºC ¿Durante cuánto tiempo deberá prolongarse su tratamiento térmico a 121 ºC para que la contaminación se reduzca a 1 ufc/g? ¿A qué temperatura bastaría un tratamiento térmico de 1,00 min?

7- Un alimento enlatado tiene microorganismos que tienen D 121.1 = 1,5 min y Z = 23,4ºC. Calcular el tiempo de tratamiento térmico a 126,7ºC para reducir la centésima parte de la carga de microorganismos. microorganismos. 8- Se pretende elaborar una conserva de pH = 6 en envases de 100 g. Los análisis microbiológicos microbiológicos revelan que hay 1 espora viable de B. Stearothermophilus/100 g y 100 esporas de Clostridium Sporogenes / 100 g. Los valores D121 son respectivamente, respectivamente, 4 min y 1,5 min y la esterilidad esterilidad que se pretende es de -4 10 . Calcular F0 de la conserva. 9- Los tiempos de reducción decimal D, para un microorganismo a varias temperaturas se muestran en la siguiente tabla: Temperatura Temperatu ra ºC 104 107 110 113 116

D (min) 27,5 14,5 7,5 4 2

Realice la grafica log D en función de la temperatura. Determine la constancia de resistencia térmica (Z), para el microorganismo microorganismo 10- Para un microorganismo D 70 es de 2 min ¿Cuánto tiempo hay que tener el alimento para pasar de 106 a 102 ufc/g en el alimento?




ACIDEZ EN LOS ALIMENTOS La acidez en los alimentos es uno de los parámetros más importantes que debe ser controlado tanto en la materia prima, como durante durante el proceso de elaboración y en el producto producto terminado. terminado. De hecho, la la determinación determinación de acidez acidez se realiza a una enorme cantidad de productos alimenticios como parte de su control de calidad. Esto se debe a la incidencia directa de este parámetro en las características organolépticas de los alimentos y en sus propiedades tecnológicas tecnológicas y de conservación. conservación. Los valores de acidez pueden ser muy variables en los alimentos, por ejemplo, algunas frutas como la manzana tienen tienen poca acidez y otros tienen una acidez acidez importante como en el caso caso del limón. Los ácidos predominantes en frutas son: el cítrico (en la mayoría de las frutas tropicales), el málico (Ej. manzana), el tartárico t artárico (Ej. uvas). La acidez es una de las determinaciones más comunes practicadas en los alimentos y su medición es importante, ya que una acidez más elevada de la esperada puede ser un indicador indicador de una posible contaminación microbiológica del producto, puesto que algunos microorganismos producen ácidos como resultado de sus procesos metabólicos (bacterias lácticas, levaduras, etc.), por ejemplo en la leche el aumento de la acidez se debe a la formación de ácido láctico, que se produce por el desdoblamiento de la lactosa, provocada por los fermentos lácticos que están en la leche. En granos y productos de molienda el deterioro de los mismos va acompañado de un incremento de la acidez. En aceites y grasas comestibles, el índice de acidez está asociado a procesos hidrolíticos que liberan ácidos grasos de los triglicéridos; este proceso constituye una de las primeras manifestaciones de alteración en los lípidos. Como vemos la acidez es un indicador de alteración de algunos alimentos, especialmente en leche, grasas, aceites, jugos de frutas y vegetales, etc. La acidez en los alimentos viene dada, de forma general, por una mezcla de ácidos orgánicos débiles; sin embargo, en la determinación de acidez total valorable no se cuantifican estos ácidos de forma independiente, puesto que el fundamento de la determinación se sustenta en la valoración con una base fuerte (generalmente NaOH ) de todos los grupos ácidos capaces de ser neutralizados por el álcali. De ahí que por convenio, los resultados de la acidez total valorable se expresan en función del ácido más abundante el cual es característico de cada tipo de alimento. Por ejemplo en los lácteos la acidez se expresa en acido láctico, en conservas de frutas cítricas en acido cítrico, en vinagres en acido acético, etc. La acidez en algunos alimentos puede clasificarse en acidez volátil, fija y total. La acidez total engloba la acidez fija y volátil. El contenido de ácidos volátiles es de importancia en productos fermentados de frutas y cereales. En vinos constituye un buen índice de calidad; la presencia de 0,1% o más de ácido acético es un indicador de descomposición del producto. La determinación de acidez volátil es también útil, entre otros productos, en la determinación de la descomposición descomposición de algunos productos enlatados. La determinación de acidez en productos alimenticios líquidos tales como jarabes, jugos, vinos y bebidas claras que no contienen cantidades apreciables de dióxido de carbono CO 2 presenta pocos problemas. Para productos que contienen dióxido de carbono disuelto deben eliminarse el CO2 en el agua en la cual se disuelven y en otros casos como harinas, se prepara un extracto suspendiendo el alimento en un disolvente y se determina la acidez del líquido sobrenadante, sobrenadante, decantado previamente.

PREGUNTAS Y PROBLEMAS 1- ¿Qué importancia tiene la determinación de la acidez en los alimentos? ¿A qué se debe la acidez en algunos alimentos? 2- Calcular la acidez que tiene un 20 ml de leche, que requieren 0,5 ml de NaOH N/9 f = 1,05 para su neutralización en presencia de fenolftaleína. Expresar la acidez en g de ácido Láctico/100 ml de leche (% acido láctico). Dato: Fórmula acido láctico H 3C-CH(OH)-COOH.




3- Para la determinación de acidez de miel, se procede de la siguiente manera: Se disuelven en 100 ml de agua destilada libre de CO 2, 15 g de una muestra se y se titulan con NaOH 0,2 N gastándose 2,2 ml. Expresar la acidez en meq acido / Kg de miel y en % Acido fórmico. 4- En la valoración de la acidez de un vino se han obtenido los siguientes resultados: a) En la determinación de acidez total se partió de 25 ml de vino problema, necesitándose para su neutralización 1,0 ml de NaOH N/4 f =1,049 en presencia de fenolftaleína como indicador. b) en la valoración de la acidez volátil, se han destilado 25 ml de vino, recogiéndose 200 ml de destilado, hasta que el mismo no de reacción acida. Se titula el destilado, en presencia de fenolftaleína como indicador, para lo cual se han necesitado para su neutralización neutralización 0,5 ml de NaOH Calcular: acidez total, volátil y fija.

5- En la determinación de acidez en una muestra de Puré de tomate concentrado, concentrado, se tomaron 8 g del alimento y se suspendieron suspendiero n en aproximadamente aproximadamen te 70 mL de agua destilada. La suspensión suspensión de de agitó durante 5 minutos y posteriormente posteriormente se filtró a través de papel de de filtro de filtración rápida. El filtrado se llevó a un matraz volumétrico de 100 mL y se enrasó. De esta solución se tomaron 20 mL, los cuales cuales fueron diluidos diluidos hasta 50 mL. Finalmente se extrajo una alícuota de 25 mL y se valoró con NaOH de c(x/z)= 0.0085 mol/L consumiéndose consumiéndose 23 mL de la base. Se sabe que la la acidez de este este producto se expresa expresa como Acido Cítrico, cuya M(x)= M(x)= 192 g/mol y que 1 mL de NaOH 0.01 mol/l equivale a 0.64 mg de Acido Cítrico. Calcule: a) b) c) d)

Masa de Acido Cítrico Cítrico en la alicuota alicuota finalmente valorada. valorada. R: 0.0125 g Masa de Acido Acido Cítrico en en los 8 g de de Puré de Tomate. R: 0.125 0.125 g % de Acido Cítrico en la la alícuota finalmente valorada. valorada. R: 0.05% m/V % de Acido Cítrico en la solución inicial luego de filtrada filtra da y enrasada. R: 0.12% m/V

Averiguar si el Puré de Tomate analizado cumple con la legislación.

6- En una muestra de leche de 20 ml se emplearon 2,6 ml de solución Dornic. Exprese los grados Dornic de esta leche en g % de ácido láctico (1 ml de NaOH Dornic titulan 0,01 g de ácido láctico). R: 13 ºD 0,13 % ácido láctico.

7- Calcula el IA para los siguientes aceites de oliva y expresarlos en % de acido oleico y en mg KOH/g: Muestra masa de muestra V de NaOH 0,05 N f=1,000 Aceite I 1,7500 g 0.3 ml Aceite II 1,3200 g 0,6 ml Aceite III 4,2 g 1,5 ml Decidir si los siguientes aceites cumplen con el requisito establecido por el CAA para aceites de oliva extra virgen. Datos: Moleico= 282 MKOH= 56,1 8- Se desea conocer la cantidad de ácido acético en una muestra de vinagre comercial. Para realizar la determinación se toman 25 mL de vinagre y se diluyen con agua destilada hasta 250




mL de disolución. Posteriormente se extrae una alícuota de 10 mL a la cual se realiza la cuantificación de ácido acético. Si se titula con NaOH 0,1 N y se gastan 9,25 ml del mismo. Calcular: a) Los gramos de ácido acético en la alicuota finalmente finalment e valorada. R: 0.055 g b) Los gramos de ácido acético en los 25 ml de vinagre. R: 1.375 g c) % m/v de acido acido acético acético R: 5.5 % m/v


Guía Problemas Tecnología Alimentos 2011

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