UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química
INFORME N°2 Esterilización de alimentos en conserva
Integrantes
: José Luis Daroch N. Marianne Neumann S. Néstor Silva R. Javier Velásquez M.
Profesor
: Rodrigo Bórquez Y.
Ayudantes
: Francisco Pizarro S. Diego Muñoz G.
Fecha
: 17 de Junio 2013
Sumario En la industria de alimentos es de gran relevancia la utilización de procesos térmicos ya que éstos son los responsables de eliminar la mayoría de los microorganismos microorganismos que probablemente repercutan en la salud del ser humano. Procesos térmicos como la pasteurización y esterilización son fundamentales en los procesos productivos de cualquier industria alimenticia como lo son la industria del queso, de los embutidos y conservas entre otras. El objetivo principal del presente laboratorio consistió en evaluar la viabilidad del proceso de esterilización de alimentos en conserva, en equipo de esterilización del laboratorio de planta piloto (autoclave). Adicionalmente se obtuvieron las curvas de calentamiento de las latas de conserva, para la temperatura de muestreo de acuerdo al tiempo de experimentación, se calculó el factor de esterilización por el método integral y por el método de Ball y se verificó la existencia de esterilización comercial. La experimentación se llevó a cabo en un autoclave presente en el laboratorio de alimentos el cual hierve el agua encerrada mediante una resistencia eléctrica y con el vapor generado se calientan las muestras de conserva de piña, alcanzándose la esterilización. Los perfiles térmicos se leyeron directamente de las termocuplas, las cuales se ubicaron al interior de los envases de conserva en sus puntos fríos. Estos datos obtenidos por las termocuplas se recolectaron en un ordenador por medio de un software. Del método integral se obtuvo un tiempo en el autoclave de 103,17 minutos a la cual se alcanzó la temperatura de 121 ºC, temperatura dada para la esterilización de la piña en conserva. Resultando un tiempo de letalidad de 13,09 minutos. Del método de Ball se obtuvo un tiempo en el autoclave de 118,94 minutos a la cual se alcanzó la temperatura de 121 ºC, temperatura dada para la esterilización de la piña en conserva. Resultando un tiempo de letalidad de 13,6 minutos.
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Índice Tabla de contenido Sumario ............................................................................................................................................... 1 Índice ................................................................................................................................................... 2 Nomenclatura ..................................................................................................................................... 3 1. Introducción .................................................................................................................................... 4 3. Antecedentes Teóricos ................................................................................................................... 6 3.1 Destrucción térmica de microorganismos ................................................................................ 6 3.2. Letalidad del proceso ............................................................................................................... 7 3.2.1. Método integral .................................................................................................................... 8 3.2.2. Método de Ball ...................................................................................................................... 8
4. Metodología experimental .......................................................................................................... 13 5. Resultados y discusiones .............................................................................................................. 14 5.1 Cálculo del tiempo de letalidad del proceso por método integral. ........................................ 14 5.2 Calculo del tiempo de letalidad por método de Ball ............................................................... 16
6. Conclusiones ................................................................................................................................. 18 7. Bibliografía .................................................................................................................................... 19 8. Apéndices ...................................................................................................................................... 20 8.1Calibración de las Termocuplas. ............................................................................................... 20 8.2 Datos experimentales obtenidos. ........................................................................................... 21 8.3 Cálculo del tiempo de letalidad del proceso por método integral. ........................................ 22 8.4 Cálculo de la letalidad del proceso por método de ball .......................................................... 25
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Nomenclatura Símbolo
Significado Tiempo que dura el proceso a RT Tiempo que demora el autoclave en alcanzar la T de esterilización Tiempo de letalidad del proceso Tiempo de letalidad recomendado Factor de corrección de letalidad del proceso Tiempo para atravesar un ciclo logarítmico Diferencia de temperatura entre el autoclave y el producto al final del proceso Diferencia entre la temperatura de trabajo del autoclave y la temperatura pseudo inicial Constante cinética de destrucción Concentración de microorganismos en un tiempo determinado Concentración inicial de microorganismos Temperatura de trabajo del autoclave Temperatura pseudo inicial Tiempo Temperatura en función del tiempo Temperatura de referencia Temperatura de operación Diferencia de temperatura para una reducción decimal en el tiempo
Unidades
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1. Introducción El
término
esterilización
corresponde
al
proceso
de
eliminación
de
microorganismos patógenos, tales como hongos, bacterias y virus. La esterilización industrial se utiliza para lograr el mismo fin en alimentos que sin este procedimiento podrían
posteriormente
deteriorarse
durante
el
almacenamiento
o
transmitir
enfermedades. Con este proceso el alimento puede conservarse durante un tiempo extenso sin perder su valor nutricional. La esterilización se puede realizar mediante la aplicación de calor, químicos, radiación, alta presión o filtración. En este informe se estudió la esterilización térmica a dos conservas de piña, para lo cual se empleó un autoclave metálico cerrado en el que se aplicaba calor a las muestras. A través de termocuplas se registró la variación de temperatura respecto del tiempo. El tratamiento térmico del producto puede hacerse antes o después del envasado. El primer método se utiliza para líquidos y consiste en tratar el líquido a alta temperatura y envasarlo asépticamente en un recipiente estéril. En el segundo caso se envasa el producto y el recipiente sellado es tratado con vapor a presión. En el caso de los medios de cultivo utilizados para la producción de bacterias, hongos, antibióticos, fármacos y otros tipos de biomoléculas, los tratamientos térmicos deben minimizar el deterioro de los elementos nutricionales valiosos contenidos, pero además se debe alcanzar la esterilidad que garantice el crecimiento del organismo inoculado y no de organismos ambientales u otros que puedan contaminar los productos finales o bien competir por el alimento, haciendo fracasar la operación (el medio de cultivo normalmente puede impactar en un 50% o más del costo total de un bioproceso).
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2.
Objetivos
2.1
Objetivo General: Evaluar la viabilidad del proceso de esterilización de alimentos en conserva, en
equipo de esterilización del laboratorio de planta piloto (autoclave).
2.2
Objetivos Específicos: - Obtener la curva de calentamiento de las latas de conserva para la temperatura
de muestreo de acuerdo al tiempo de experimentación. - Calcular el factor de esterilización por el método integral y por el método de Ball - Verificar si existe esterilización comercial
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3. Antecedentes Teóricos En 1809, Nicolás Appert desarrolla un método para mantener un alimento estable durante la guerra, este fue el inicio de una técnica conocida como conservación de alimentos mediante calor. La esterilización es un método de estabilización cuyo fundamento es provocar una elevación de la temperatura, lo que provoca la destrucción de los agentes de deterioro, enzimas y especialmente microorganismos, como bacterias y hongos. La esterilización es un tratamiento térmico energético, porque tiene como objetivo la destrucción total de todos los microorganismos presentes en el alimento tratado. En la práctica, el diseño de la esterilización conlleva diseñar tanto para producir la muerte térmica deseada como para preservar los nutrientes más susceptibles. Existen dos parámetros que son de importancia para la esterilización, temperatura y presión de envasado.
3.1 Destrucción térmica de microorganismos Siguiendo una cinética de primer orden
dN dt
k (T ) N
(1)
Para una temperatura no constante, aplicando integral, la expresión anterior queda N
t
dN
N k (T ) dt
N o
0
(2)
Lo que resulta t
N ln 0 k (T ) dt N 0
(3)
Se debe considerar
DT
2,3 k (T )
(4)
Entonces, t
dt N log 0 N D 0 T
(5)
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Si se considera Arrhenius, para dos temperaturas distintas (T0 y T )
log ki log k max
log k T 0 log kT log
log
DT DT 0
DT DT 0
E a 2,3 R T
(6)
E a
(T0 T ) 2,3 R T T0
(7)
(T0 T ) z
(8)
De lo anterior despejando DT se tiene
DT DT 0 10
(T0 T ) z
t
(9) t
dt N log 0 N 0 DT 0
dt DT 0 10
(T0 T ) z
t
( F0 ) proceso
N DT log 0 10 N 0 0
(10)
(T ( t ) T 0 ) z
dt
(11)
Para que un proceso de esterilización sea efectivo, se debe cumplir lo siguiente:
( F0 ) proceso ( F 0 )recomendado
(12)
3.2. Letalidad del proceso ( F 0 ) proceso Para la obtención del tiempo de letalidad del proceso , es necesaria la curva de calentamiento del proceso de esterilización. Existen dos métodos para este
cálculo del tiempo: Método Integral (método exacto) y Método de Ball (método aproximado).
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3.2.1. Método integral El método integral consiste en el ajuste numérico de cualquier método integral, en este caso, el más apropiado debido a los datos experimentales de la curva de calentamiento, resulta aplicar trapecios. Así luego aplicar integral de acuerdo a la ecuación (11). t
( F0 ) proceso 10
( T ( t ) T 0 )
z
dt
(13)
0
3.2.2. Método de Ball El método de Ball corresponde a otro método para obtener F0 y consiste en un método gráfico en el cual utilizando curvas de calentamiento en escala semilogarítmica se obtiene la caracterización de la curva con una ecuación lineal. Luego se obtiene el tiempo de letalidad a partir de ecuaciones. A continuación se observa una curva de calentamiento característica en línea recta.
Figura 4. 1: Straight Line Heating curve.
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Para determinar esta curva de calentamiento en el tarro de conserva se fija una termocupla al centro geométrico del tarro (punto frío de éste). Se fija además un tiempo de elevación de temperatura denominado coming up time (CUT) que corresponde al rango de entre 8 y 12 minutos respectivamente. Posteriormente se procede a registrar la temperatura con respecto al tiempo. Luego se grafican estos datos de temperatura versus tiempo obtenidos pero en escala semilogarítmica; se aplica logaritmo en el eje de las ordenadas y el eje de las abscisas se mantiene de la forma original. Este método posee dos variantes, siendo la segunda un caso menos típico y ocurrido en condiciones especiales. Para el primer caso la curva de calentamiento se comporta de manera continua (sin cambios de concavidad) y para el segundo caso ocurren cambios de concavidad y un comportamiento discontinuo del calentamiento. Primer caso del método de Ball: comportamiento continuo de la curva de calentamiento Al ser el comportamiento de la curva continuo se ajusta a ésta una línea recta que corresponde a:
Ecuación 14
Figura 4. 2: Curva de calentamiento típico
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De acuerdo a la Figura 4.2 T corresponde a la temperatura del punto más frío para un cierto tiempo t, fh corresponde a la pendiente de la curva de calentamiento y es el tiempo que demora la curva en atravesar un ciclo logarítmico. TA corresponde a la temperatura pseudoinicial (corrección de la temperatura inicial) y se calcula como el 58% del CUT al igual que se observa en la Figura 4.2. Gráficamente para determinar la temperatura pseudoinicial se ajusta una línea recta a la curva de calentamiento, que corresponde al 58%, obteniéndose de la intercepción de ambas el valor de temperatura pseudoinicial. Al comienzo hay un desfase entre la curva y la línea recta que se define como JI, correspondiente a la diferencia entre la temperatura a la que opera el autoclave y la temperatura pseudoinicial.
Ecuación 15
Para graficar se realiza un filtro de datos y luego se ajustan linealmente para obtener el valor de la pendiente y de ésta el valor de fh:
Ecuación 16
Para determinar el tiempo en minutos de duración del proceso según el método de Ball se tiene:
Ecuación 17
Donde g es la diferencia entre la temperatura del autoclave y la temperatura del producto ambos al final del proceso. Luego se despeja g de la ecuación según el método de Ball:
Ecuación 18
Para
se tiene:
Ecuación 19
10 | P á g i n a
Luego conocido se calcula el F del proceso:
Ecuación 20
Donde
Mientras que para
se utiliza la tabla siguiente:
Figura 4. 3: Tabla de valores de
y logg para z=10 ºC
11 | P á g i n a
Segundo caso del método de Ball: comportamiento discontinuo de la curva de calentamiento Esta variante del método de Ball considera el comportamiento discontinuo del calentamiento, lo cual ocurre debido a cambios en la transferencia de calor dentro de las latas de conserva. Sólo en casos particulares se da este comportamiento, donde los alimentos sufren calentamiento en forma convectiva y luego conductiva. Para un solo cambio de concavidad o quiebre se tiene para el comportamiento
que se determina de la misma manera que se explicó previamente. Para el factor posterior al quiebre ( se tiene: previo al quiebre el factor
Ecuación 21
Además para el punto de quiebre (
se tiene:
Ecuación 22
Para la zona previa al quiebre, se tiene el siguiente factor de corrección:
Ecuación 23
Donde r corresponde a:
Ecuación 24
Para la zona posterior al quiebre, se tiene el siguiente factor de corrección:
Ecuación 25
El tiempo de letalidad de la autoclave considera ambas zonas o comportamientos,
Ecuación 25
12 | P á g i n a
4. Metodología experimental Materiales utilizados:
Autoclave Laboratorio de Planta Piloto. 4 termocuplas (tipo J, K). Computador para recopilación de datos por termocuplas 2 latas de conserva de jurel de distinta marca 3 matraces de 500ml.
Procedimiento experimental: 1.- Ubicar las muestras al interior del autoclave e introducir las termocuplas (para ambas marcas de jurel) en su centro geométrico. Una tercera termocupla debe quedar enfrentando el vapor entre los matraces. La cuarta termocupla se encuentra sobre el sistema, registrando la temperatura. 2.- Se conectan las termocuplas al computador, para registrar los valores obtenidos. 3.- Se procede a cerrar el equipo, abrir el paso de vapor, comenzando el proceso de calentamiento. 4.- Mientras se calienta el equipo se empezarán a registrar los valores de temperatura (tiempo de calentamiento). 5.- Una vez alcanzada la temperatura deseada, mantener por 30 minutos (tiempo de retención). 6.- Transcurrido este tiempo, enfriar el sistema evacuando el vapor del aparato y llenando con agua fría el autoclave, para el proceso de enfriado. 7.- Luego de que se alcance una temperatura entre 20-30ºC, es posible retirar las muestras.
13 | P á g i n a
5. Resultados y discusiones 5.1 Cálculo del tiempo de letalidad del proceso por método integral. De datos para pasteurización con la bacteria Clostriduim Botulinum, FDA (Food and Drug Administration) recomiendan 0,21 minutos 12 veces la concentración del microorganismo.
a , logrando reducir
Así, se tiene la siguiente relación,
Ecuación 26
El tiempo a la cual se alcanza los 250°F (121°C), se puede analizar de la siguiente gráfica experimental: 300 ] F ° 250 [ a l p u 200 c o m r e 150 T a r u t a r 100 e p m e 50 T
0 0
20
40
60
80
100
120
Tiempo (minutos) Figura 5. 1: Grafico de Calentamiento de la lata de piña en conserva, hasta la temperatura de 121°C o 250°F
En donde encontramos, que el tiempo al que debemos evaluar la integral, corresponde a 103,17 minutos.
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Hasta este tiempo, la función tiene el siguiente comportamiento:
, de donde la temperatura la tenemos en °F,
1,2 1 ) 8 1 0,8 / ) 0 5 2 - 0,6 ) t ( T ( ( ^ 0,4 0 1
0,2 0 0
20
40
60
80
100
120
Tiempo (minutos) Figura 5. 2: Grafico Comportamiento de la función que rige la integral para calcular el tiempo de letalidad del proceso
El área bajo la gráfica, la calculamos a través del método del trapecio, en donde se tiene:
Ecuación 27
Ahora, realizando la comparación, se tiene:
15 | P á g i n a
5.2 Calculo del tiempo de letalidad por método de Ball Con los datos la curva de calentamiento (temperatura y tiempo) y la temperatura de trabajo del autoclave (RT) se grafica el logaritmo de la diferencia de RT con T(t) como lo indica la figura 4.2 de los antecedentes teóricos de este informe, así se obtiene el siguiente gráfico:
Curva de calentamiento 2,5 ) 2 ) t ( T - 1,5 T R 1 ( g o l 0,5
y = -0,014x + 2,2489 R² = 0,9097
0 0
20
40
60
80
100
Tiempo (minutos) Figura 5.3: Curva de calentamiento de la esterilización
La metodología y cálculos por este método esta descrito en la sección de apéndice 8.4 de este informe. Y entrega los siguientes resultados representativos. Para la letalidad del proceso recomendada Fo=2,52 min se tiene el siguiente tiempo de proceso en el autoclave
Ecuación 28
Que es el tiempo de trabajo del autoclave para cumplir con la letalidad recomendada Ahora bien, la letalidad del proceso es efectivamente mayor a la recomendada y corresponde a:
. Ecuación 29
Finalmente el tiempo necesario en el autoclave para este proceso es:
Ecuación 30
16 | P á g i n a
Tabla 5. 1: Comparación de los 2 métodos propuestos
Tipo Bacteria problema Temperatura de esterilización
Método Integral
Método de Ball
Integral Clostriduim Botulinum 121°C 2,52 minutos 13,09 minutos
Gráfico Clostridium Botulinum 121°C 2,52 minutos 13,60 minutos
Se escogió la bacteria Clostriduim Botulinum como el microorganismo problema, ya que es una bacteria que vive en el suelo y en el fondo de los lagos, océanos, etc. También se encuentra a veces en la humedad de los alimentos, de baja acidez, que contiene menos de 2% de oxígeno, y se almacena entre 40° F (4 ° C) y 120° F (49 ° C). Esta bacteria produce una toxina que causa el botulismo, una enfermedad que se caracteriza por una parálisis muscular. El procesamiento adecuado de calor destruye el Clostridium botulinum en los alimentos enlatados. De los resultados obtenidos mediante el cálculo de los tiempos de letalidad a través del método integral, y el método de Ball, se puede afirmar que el tratamiento térmico a 121°C por un tiempo aproximado de 103-118 minutos, fue más que suficiente para alcanzar las exigencias propuestas por el organismo internacional fiscalizador de alimentos y drogas (FDA), que recomienda un tiempo de proceso de 2,52 minutos considerando una esterilización a 121°C. Para el método integral nos encontramos con un a los 2,52 min que nos recomienda la FDA.
, mayor
Para el método de Ball nos encontramos con un
, que
resulta también, mayor a los 2,52 min que nos recomienda la FDA.
Cabe mencionar, que el método de Ball por ser gráfico, nos entrega una buena aproximación de los tiempos necesarios, sin hacer un análisis riguroso e integral. Podemos mencionar además, que el tiempo que llevó el alimento pasar de 120°C a 121°C, es un tiempo de 603 segundos, o 10 minutos, ósea, elevar 1°C, logró alejarse aún más del tiempo recomendado, y por ende, asegurarse la letalidad del clostriduim botulinum. De todas maneras a 120°C, sigue siendo mayor que el tiempo recomendado.
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6. Conclusiones El proceso es viable en el equipo utilizado, ya que la letalidad del proceso cumple de sobremanera los requerimientos mínimos, para la esterilización deseada. La esterilización es un proceso térmico esencial en el tratamiento de la piña en conserva en la industria alimenticia. Una relación correcta entre la temperatura y el tiempo del proceso es de importancia para garantizar la destrucción de microorganismos propios del alimento, que si fueran consumidos podrían tener consecuencias negativas sobre el consumidor. En este laboratorio se pudo comprobar que para lograr alcanzar el tiempo de letalidad (F0) propuesto por la FDA para un microorganismo típico utilizado como indicador, llamado Clostridium Botulinum, es necesario una adecuada relación entre la temperatura a la cual se realiza el proceso y el tiempo durante el cual dura. Los resultados obtenidos mediante tanto el método de la integral o método de Ball para el cálculo del tiempo de letalidad del proceso empleado (F) demuestran que el tratar la piña en conserva a 121°C por 103-118 minutos se alcanza lo propuesto por la FDA. Se concluye que existe una variación en el perfil térmico de la autoclave con los envases, diferencia que radica en el estado de agregación de los productos, lo cual lleva a que se obtengan distintos valores de tiempo de letalidad respecto al microorganismo en estudio. Se obtuvo que los tiempos de proceso fueron suficientes para el requerimiento de reducción del patógeno, dependiendo del método de análisis que se utilizara. Si se considera una menor reducción decimal de microorganismos aseguraría la efectividad de la esterilización de los enlatados. La forma de ubicación de la termocuplas y su aislamiento del vapor resulto ser defectuoso ya que la técnica presentó filtraciones que condujo a errores en las mediciones de las termocuplas y un análisis incompleto de los perfiles térmicos. Se identifico que además de existir una transferencia de calor por conducción del condensado de vapor hacia el interior de los envases, se presenta demás el efecto de la radiación provocado por la resistencia eléctrica al fondo de la autoclave.
18 | P á g i n a
7. Bibliografía [1]
Borquez R; Material de apoyo en operaciones del procesamiento de alimentos, Universidad de Concepción, 1995.
[2]
Somers I; Laboratory Manual for food canners and processors; The AVI publishing company Co.; Westport, Connecticut, 1968.
[3]
Valentas K. Rotstein E., Singh P.; Handbook of Food Engineering Practice; CRC Press LLC, EE.UU., 1997.
[4]
Padrón J.A, et al; “Determinación del tiempo equivalente acumulado durante los ciclos de esterilización, por vapor saturado, en un fermentador empleado en la producción de 2, 2-6 vacunas” Vaccimonitor. [Online] 2001, Abril -Junio, www.bvv.sld.cu/vaccimonitor/vm2001/a7.pdf (revisado viernes 14 de junio de 2013)
[5]
Ball, C.O.;Olson F.C.W.; Sterilization in Food Technology, 1°Ed.; McGrawHill, New York 1957, pp 253-256.
[6]
Página web www.fda.gov; “U.S.Food and drug Administration, protecting and promoting your health”, U.S. Department of Health & Human Services.
[7] Página web http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4070035/lecciones/cap6/leccion6_9.htm (revisado viernes 14 de junio de 2013)
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8. Apéndices 8.1Calibración de las Termocuplas. Tabla A- 1Temperaturas promedio experimentales para cada una de las termocuplas, en comparación con la temperatura real vista del termómetro
T real (°C)
MT1 (°C)
MT2 (°C)
0
1,55
1,85
100
101,637
101,937
A partir de la tabla anterior, se grafican las temperaturas experimentales versus las temperaturas reales, que deberían ser alcanzadas en un baño de agua-hielo y agua hirviendo, utilizados para la calibración. La temperatura real se lee a través del termómetro, y las temperaturas experimentales se leen del promedio de temperaturas que marcó el computador.
Calibración termocupla MT1 120 ) 100 C ° ( l a 80 e r a r 60 u t a r e 40 p m e T 20
y = 0,9991x - 1,5487
0 0
20
40
60
80
100
120
Temperatura experimental (°C) Figura A. 1: Grafico de Calibración de la temperatura experimental, con la temperatura real, ambas en °C, para la termocupla 1
Para la termocupla 1, se tiene una curva de calibración del tipo:
Ecuación 31
20 | P á g i n a
Calibración Termocupla MT2 120 ) 100 C ° ( l a 80 e r a r 60 u t a r e 40 p m e T 20
y = 0,9991x - 1,8484
0 0
20
40
60
80
100
120
Temperatura experimental (°C) Figura A. 2: Grafico de Calibración de la temperatura experimental, con la temperatura real, ambas en °C, para la termocupla 2
Para la termocupla 2, se tiene una curva de calibración del tipo:
Ecuación 32
8.2 Datos experimentales obtenidos. Se obtuvo del análisis computacional, cerca de 10.000 datos con un intervalo de 1 segundo, para cada una de las 3 termocuplas, por lo que resulta más ad ecuado no mostrar una tabla, sino que un gráfico que contenga estos datos, como sigue: 160 140 ) 120 C ° ( 100 a r u t 80 a r e p 60 m e T
MT1 MT2 MT3 vapor
40 20 0 0
2000
4000
6000
8000
10000
Tiempo (segundos) Figura A. 3: Grafica de Resultados experimentales para cada una de las termocuplas
21 | P á g i n a
8.3 Cálculo del tiempo de letalidad del proceso por método integral. De datos para pasteurización con la bacteria Clostriduim Botulinum, FDA (Food and Drug Administration) recomiendan 0,21 minutos
a .
Temperatura a la cuál evaluaremos el proceso de esterilización, y analizar el tiempo de letalidad del microorganismo problema. En primer lugar, debemos tener presente lo siguiente:
Ecuación 33
Para este caso, Tabla A- 2: Parámetros encontrados de la literatura [1] para la bacteria Clostriduim Botulinum
Parámetro
Valor
Así, se tiene la siguiente relación,
Ecuación 34
Para ello, hacemos uso de los datos experimentales, la cual nos entrega la temperatura en función del tiempo, con delta de tiempo de 1 segundo. Luego, la temperatura se pasa a grados Fahrenheit, y el tiempo a minutos. Utilizamos la definición anterior para encontrar el área bajo la curva, y lo resolvemos a través del método del trapecio, con intervalos de 1 segundo. Para ello, realizamos lo siguiente:
22 | P á g i n a
Tabla A- 3: Método que se debe seguir para determinar el tiempo de letalidad del proceso a la temperatura de 121°C
Tiempo (segundos)
Temperatura (°C)
Tiempo (minutos)
Temperatura (°F)
Cuando la temperatura según la tabla anterior, alcance los 121°C o 250°F, se detiene la tabla. Por consiguiente, se utiliza la suma de todas las celdas, correspondiente al método del trapecio. El tiempo a la cual se alcanza los 250°F (121°C), se puede analizar de la siguiente gráfica experimental: 300 ] F ° 250 [ a l p u 200 c o m r e 150 T a r u t a r 100 e p m e 50 T
0 0
20
40
60
80
100
120
Tiempo (minutos) Figura A. 4: Grafico de Calentamiento de la lata de piña en conserva, hasta la temperatura de 121°C o 250°F
En donde encontramos, que el tiempo al que debemos evaluar la integral, corresponde a 103,17 minutos.
23 | P á g i n a
Hasta este tiempo, la función tiene el siguiente comportamiento:
, de donde la temperatura la tenemos en °F,
1,2 1 ) 8 1 0,8 / ) 0 5 2 - 0,6 ) t ( T ( ( ^ 0,4 0 1
0,2 0 0
20
40
60
80
100
120
Tiempo (minutos) Figura A. 5: Grafico de Comportamiento de la función que rige la integral para calcular el tiempo de letalidad del proceso
El área bajo la gráfica, la calculamos a través del método del trapecio, en donde se tiene:
Ecuación 35
se tiene:
Ahora, realizando la comparación con el
Si comparamos estos resultados, resulta:
24 | P á g i n a
8.4 Cálculo de la letalidad del proceso por método de ball Al agregar una línea de tendencia a los datos del gráfico 5.3, se tiene la pendiente y el coeficiente de posición, de aquí se obtiene el valor de
Al considerar un CUP típico entre 8-12 min (se utiliza 10 min) se puede obtener el 58%CUP que corresponde a 5,8 min. Se traza una recta perpendicular al eje de la abscisa en el punto de 58% CUP como muestra la Figura 5.3. Luego, se tiene el punto de intersección entre la recta vertical y la línea de tendencia de la curva de calentamiento. La ordenada de este punto es 2,17 que corresponde al logaritmo de la diferencia entre la temperatura de trabajo del autoclave y la temperatura pseudoinicial, esta diferencia corresponde al valor de JI, por lo tanto, se obtiene el valor de
.
Ahora ya se puede buscar el valor de la letalidad del proceso (F), pero primero se calcula el tiempo requerido para cumplir con la letalidad recomendada que es Fo= 2,52 min Así se calcula
.Cabe destacar que el valor de Fi=1 ya
que la temperatura de trabajo es 121 ºC
Luego de la figura 4.3 se tiene el valor de log(g)=1,171, finalmente el tiempo necesario para realizar el proceso y cumplir con la letalidad recomendada es:
Ecuación 36
Ahora bien, la letalidad del proceso es mayor, y se calcula de la siguiente manera Se tiene que la temperatura final de calentamiento es aprox a 90,8 min, que
, con este valor se puede calcular y con este valor de g se puede obtener de la figura 4.3 el valor de . Finalmente se calcula la letalidad del proceso . corresponde a
Finalmente el tiempo necesario en el autoclave para este proceso es:
Ecuación 37
25 | P á g i n a
