Muerte Termica

Tetra Pak SRL Modulo 1: Tratamiento Térmico Los productos lácteos para su conservación son sometidos a diversos tratamientos térmicos.

Pre-tratamiento Termización Termizac ión

63-65°C 63-65°C / 15seg

Calentamiento Calenta miento Preliminar/Elim Prelimi nar/Eliminación inación de bacterias psicrotrofas Pasteurización Pasteur ización 63°C/30 min Método de Pasteur – Batch – Poco frecuente frecuen te Tratamiento térmico – Productos de distribución en cadena de frío Pasteurización Pasteurizac ión HTST 72-75°C/15 72-75°C/15 seg Leche Pasteurizaci Pasteu rización ón HTST 85-90° 85-90 °C/2-5 seg. Crema Pasteurizaci Pasteu rización ón HTST 90-120° 90-12 0°C/ 2-5 seg Productos Ultra Ultra pasteurización 125-138°C/2-4 seg. Cadena frío Tratamiento térmico – Productos de distribución a temperatura ambiente UHT 135-150° 135-15 0°C/4-15 seg. Sin cadena de Frío Esterilización Convencional Aprox. 116°C/20 min Sin cadena de frío

Uno de ellos ello s es el tratamiento ratamiento Ultra Alta Temperatura (UAT o su sigla en inglés UHT – Ultra High Temperature) que es un proceso de esterilización comercial. En este proceso el producto se expone a un tratamiento térmico elevado que produce que la mayoría de los microorganismos y muchas de las enzimas termo-estables sean inactivadas. Este producto, si se envasa asépticamente, puede ser almacenado a temperatura temperatura ambiente por un largo período sin alterarse. Es importante diferenciar los procesos de esterilización y esterilización comercial. La esterilización de un producto significa que todas las células vivas o latentes fueron destruidas mientras que esterilización comercial significa que el producto esta libre de microorganismos vivos o latentes que puedan crecer y contribuir contri buir a su deterioro deterioro durante el período de almacenamiento almacenamiento del mismo. La esterilidad comercial tiene como objetivos: - mantener sin deterioro, estable y con valor comercial al producto durante su almacenamiento - eliminar los microorganismos y toxinas que puedan poner en peligro la salud de los consumidores - eliminar todo microorganismo que pueda reproducirse durante el almacenamiento. El tratamiento térmico estará dado por una temperatura y un tiempo de mantenimiento a esa temperatura. La figura 1 representa un gráfico donde se muestran curvas de destrucción de microorganismos y de inactivación de enzimas en una gráfica de tiempo-temperatura. Las curvas en verde muestran la destrucción de esporas mesofílicas y esporas termofílicas (en ambos casos la reducción tomada es de 9 órdenes logarítmicos), esto significa que un producto que sea tratado por encima de esta curva podrá considerarse en condiciones de esterilidad comercial. Por ejemplo el punto pu nto 150°C, 150°C, 20 segundos. segundo s. En azul se encuentran curvas que representan cambio químicos, estos cambios químicos pueden significar modificaciones en color como así también disminución de amino ácidos disponibles en el alimento. En nuestro ejemplo del punto 150°C-20 segundos tendremos tendre mos una destrucción mayor al 3% de la tiamina y mas de un 1% de destrucción de lisina, lo que significa una disminución en el valor biológico del alimento. 1 Foro Electrónico: Novedades Tecnológicas en la Industria Láctea 7-12 Noviembre 2003 – Nuevas Tecnologías en Procesos Industriales Operaciones en el Proceso continuo de esterilización de Productos lácteos - Tetra Pak .- [email protected]

Tetra Pak SRL Por lo tanto se debe llegar a una solución de compromiso y en función del alimento escoger una relación temperatura-tiempo que nos asegure esterilidad comercial pero que minimice la alteración en el valor biológico del producto y en sus propiedades organolépticas.

Figura 1

(Fuente 7)

2 Foro Electrónico: Novedades Tecnológicas en la Industria Láctea 7-12 Noviembre 2003 – Nuevas Tecnologías en Procesos Industriales Operaciones en el Proceso continuo de esterilización de Productos lácteos - Tetra Pak .- [email protected]

Tetra Pak SRL Eficiencia del tratamiento térmico: Es importante medir de alguna forma el efecto del tratamiento térmico en la reducción de los microorganismos, tratar de predecir en forma analítica los resultados que se van a obtener al aplicar a un producto un dado tratamiento térmico. Se ha comprobado que la cinética de destrucción de los microorganismos y de las enzimas es de primer orden: dC -  = k C dt

(1)

Donde: C concentración de micro-organismos T tiempo k constante específica de reacción que es función de la temperatura Siendo la temperatura constante, k es constante: dC -  = k dt C

(2)

Integrando entre: t=0 t=t

C=C0 C=C

Se obtiene: C - ln  = k t C0

(3)

Entonces: k log C = log C0 - (  ) t 2,303

(4)

En general la destrucción de microorganismos, nutrientes y enzimas sigue esta ley.


Tetra Pak SRL

Para microorganismos se define el siguiente parámetro: D

tiempo de reducción decimal (tiempo necesario para destruir el 90% de los microorganismos), mide la rapidez con la que un microorganismo muere N

T=cte

105 104 103 102 1

D

10

100 10-1 Tiempo (t) Figura 2 De este modo si: C = 0,1 C0 t=D Se tendrá que:

⇒

log (0,1 C0 /C0) = - k/2,303 D

(5)

D = 2,303 / k

(5´)

log C = log C0 – (1/D) t

(6)

log C0 - log C = (1/D) t

(7)

Reemplazando en (4):

t = D ( log C0 - log C )

T=cte

(8)


Tetra Pak SRL

En esta ecuación: à

cuando C≈ 0 el tiempo se transforma en el tiempo de muerte térmica (TDT) TDT = D ( log C0 - log C )

à

(9)

a nivel comercial al tiempo de esterilización se lo llama F, entonces: F = DT ( log C0 - log C )

à

T=cte

T=cte

(10)

y cuando la temperatura de referencia es 121°C se transforma en F0. F0= D 121°C ( log C0 - log C )

T=cte

(11)

Este valor de F0 es muy utilizado y la mayoría de los tratamientos térmicos se terminan referenciando a este valor, o sea a un tratamiento térmico ideal donde el alimento fue sometido durante un tiempo F0 a 121°C para lograr una reducción decimal de C0 a C. El valor de F0 normalmente se expresa en minutos, mientras que D normalmente se da en segundos Valores de D para distintos Microorganismos:

Bacillus cereus Clostridium botulinum Bacillus stearothermophilus

D 121°C 2.3 seg 12.25 seg 408 seg

Resulta difícil hacer un análisis del valor de F0 en función de la concentración inicial y la concentración final. Se requieren largos períodos de ensayo e incubación para determinarlos. Recordar que se trata de un microorganismo específico, normalmente Bacillus stearothermophilus . Por lo que se trata de buscar obtener este valor en función del conocimiento del tratamiento térmico del producto. Sensibilidad de la destrucción de microorganismos a cambios de temperatura Hasta ahora se vieron mecanismos a temperatura constante pero en los tratamientos térmicos se tienen variaciones de temperatura en función del tiempo, por lo que hay que lograr una relación entre la temperatura y la destrucción de los microorganismos. Se comprueba experimentalmente para un microorganismo y en un medio dado que el logaritmo de la muerte térmica en función de la temperatura es una función lineal:


Tetra Pak SRL

Entonces:

Si TDT2 = 0,1 TDT1

log TDT2 = log TDT1 – Pte (T2 – T1)

(12)

TDT2 log (  ) = - Pte (T2 – T1) TDT1

(13)

z= (T2 – T1) 0,1 TDT1 log (  ) = - Pte z TDT1

(14)

Entonces: Pte = (1/z) Entonces Z es el incremento en temperatura necesario para obtener el mismo efecto letal reduciendo el tiempo diez veces. El valor de z proporciona información sobre la resistencia relativa a la destrucción de un microorganismo a diferentes temperatura. Los valores de z son específicos para cada alimento.

TDT (seg.) 105 104 103 102 z

1

10

100 10-1 Temperatura (T) Figura 3


Tetra Pak SRL

Valores de z para distintos Microorganismos y componentes:

Bacillus stearothermophilus Cambios en color Pérdidas de vitamina B1 Pérdidas en lisina

Z (°C) 10.5 29 31.2 30.9

A mayor valor z el microorganismo es más resistente a la temperatura. Como se ve los microorganismos son mucho más sensibles a cambios de temperatura que la mayoría de los compuestos orgánicos. La ecuación de la recta será: TDT2 1 log (  ) = -  (T2 – T1) TDT1 z

(15)

Esta ecuación es válida también para D (reducción decimal) y para el valor de F (esterilidad comercial): D2 1 log (  ) = -  (T2 – T1) D1 z

(16)

F2 1 log (  ) = -  (T2 – T1) F1 z

(17)

De esta forma quedan vinculadas TDT, D y F mediante el valor de z. Con los valores de D y Z queda definido térmicamente un microorganismo Los valores de D y z de los microorganismos son diferentes a los de los nutrientes y cualidades nutritivas y organolépticas lo que hace posible el uso de los tratamientos térmicos en alimentos para la destrucción de microorganismos.


Tetra Pak SRL

Entonces:

D (seg.)

Z (°C)

tiempo de reducción decimal (tiempo necesario para destruir el 90% de los microorganismos a temperatura constante), mide la rapidez con la que un microorganismo muere

F = DT ( log C0 - log C )

proporciona información sobre la resistencia relativa a la destrucción de un microorganismo a diferentes temperaturas.

T=cte

F2 1 log (  ) = -  (T2 – T1) F1 z

Ambos parámetros para ser estrictos deberían ser medidos para cada alimento en particular. Algunos valores de D y z:

Microorganismos Bacillus stearothermophilus Bacillus coagulans Clostridium thermosaccharolyticum Desulf. nigrificans

D121 (min) 4-5 0,01-0,07 3-4 2-3

Z (°C) 7,8-12,33 7,8-10 8,9-12,3 8,9-12.3

Fuente (6)

Tratamiento térmico evaluado por F0 Durante el tratamiento térmico de un alimento la temperatura varía. Se tiene que: dC -  = k (T) C dt

(18)

k es una función de la temperatura y a su vez la temperatura varía con el tiempo. Se vio que (de 5´): DT = 2,303 / k

(5´)

Y que (de 16): DTR 1 log (  ) = -  (TR – T) DT z

(19)


Tetra Pak SRL

De aquí se puede obtener que: DTR DT =  -10 (T-TR)/z

(20)

Reordenando (18), (20) y (5´) e integrando la ecuación: - (dC/C) = (2,303/DT) dt = (2,303/DTR) 10 (T-TR)/z dt

(21)

- ⌠ (dC/C) = ⌠ (2,303/DT) dt = ⌠ (2,303/DTR) 10 (T-TR)/z dt (22) ⌡ ⌡ ⌡

t=0 t=t

C=C0 C=C - ln (C/C0) = - 2,303 log (C/C0) = (2,303/DTR) ⌠ 10 (T-TR)/z dt ⌡ DTR ( log C0 – log C) = ⌠ 10 (T-TR)/z dt ⌡

(23)

(24)

Se define función Letalidad como: L = 10

(T-TR)/z

(25)

El primer término es FTR, entonces: FTR = ⌠ L dt ⌡

(26)

Por lo tanto para calcular las reducciones decimales de un tratamiento térmico se deberá graficar la función letalidad en función del t y luego calcular el área bajo la curva. También se pueden aplicar métodos numéricos como el de Simpson. Recordemos que si TR es 121°C, FTR se convertirá en F0.


Tetra Pak SRL

Si se considera que el tratamiento térmico se realiza a temperatura constante se tiene que: FTR = 10

(T-TR)/z

t

(27)

Y cuando la temperatura de referencia sea 121°C se tendrá: F0 = 10 (T-121)/z t

(28)

El F0 normalmente esta expresado en minutos y t en segundos por lo que la fórmula quedaría:

F0 = (t/60) 10

(T-121)/z

(29)

Normalmente el microorganismos que se toma como patrón en esterilización es el Bacillus stearothermophilus con un valor de z=10°C. Como ejemplo a continuación se dan valores de F0 para Bacillus stearothermophilus (z=10°C): Temperatura (°C) 121 130 135 140 141

Tiempo (seg.) 360 45 14 5 5

F0 (minutos) 6 6 6 6 8.3

También si lo que se varía es el microorganismo se puede tener para un tratamiento térmico de 137°C 4 seg los siguientes valores: Microorganismo Bacillus stearothermophilus Bacillus cereus Bacillus subtilis

z (°C)

D 121°C (seg.)

F0

10 10 7

240 2.3 24

2.65 2.65 12.87

Reducción Decimal 0.66 69.23 32.18

Reducción decimal corresponde a la ecuación (9).


Tetra Pak SRL Enzimas: Las enzimas son proteínas que facilitan que se realicen cambios químicos en otras estructuras que no serían posibles en condiciones normales, actúan como catalizadores, o sea que si bien son partícipes en una reacción química no alteran su estructura durante la misma. Las enzimas que afectan a la leche UAT son las proteasas y las lipasas. Las proteasas son enzimas que degradan la proteína y las lipasas degradan la materia grasa. La acción de las proteasas produce péptidos, aminoácidos y amoníaco siendo responsables del sabor amargo en la leche deteriorada, cambios en el aroma generando un flavour a queso maduro y también pueden generar coagulación. Por otra parte las lipasas generan ácidos grasos libres dando sabor rancio y aroma a queso. La leche posee proteasas y lipasas naturales que son inactivadas por un tratamiento UAT, no obstante las enzimas proteolíticas (proteasas) y lipolíticas (lipasas) secretadas por bacterias psicrotrofas (Pseudomonas, Acinetobacter ) son mucho más termo estables y resisten tratamientos térmicos elevados como el de un proceso UAT. Por lo que en el proceso de elaboración de leche UAT resulta imprescindible evitar el crecimiento de estos géneros. Estas bacterias psicrotrofas crecen en leche cruda durante su almacenamiento a bajas temperaturas. La leche cruda debería ser almacenada a temperaturas no mayores a 4°C (nunca mayor a 6°C) durante hasta 24 hs para evitar el crecimiento estas bacterias y la generación de estas enzimas. Si se necesitase mayor tiempo de almacenamiento se debe realizar un tratamiento térmico como una pasteurización o una termización. Esto reduce la cantidad de Pseudomonas como así también otras bacterias vegetativas disminuyendo la cantidad de enzimas termorresistentes.

Proteasas provenientes de: Pseudomonas P.fluorescens B.cereus

T(°C)

D(min)

z(°C)

120 149 150

4 1.5 0.015

20 32.5

Lipasas provenientes de: P.fluorescens Pseudomonas Micrococcus

T(°C)

D(min)

Z(°C)

130 150 150

16 1.7 1

25 63

Inactivación incompleta 150°C, 2.4 seg

Fuente: (1)


Tetra Pak SRL Se ha comprobado que en el esterilizador una retención a una temperatura entre 60-70°C durante aproximadamente 10 minutos aumenta el proceso de inactivación enzimático. Esto es debido a que si se grafica D para estas enzimas en función de la temperatura se obtienen dos valores mínimos (recordemos que D es el tiempo de reducción decimal, tiempo para reducir en 90% la especie de que se trate) uno en el rango de los 60-70°C y otro a temperaturas superiores a 140°C. Esto permite obtener buenos resultados de inactivación a temperaturas bajas.

Figura 4 Fuente: UHT Processing of milk and Milk Products – H.Burton


Muerte Termica

Recommend Documents