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PROCESOS TÉRMICOS
REFRIGERACIÓN
CONGELACIÓN
ESTERILIZACIÓN
PASTEURIZACIÓN
I.A. ALFREDO ÁLVAREZ CÁRDENAS 1
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PROCESOS TÉRMICOS DE ALTA TEMPERATURA EMPLEADOS EN LOS ALIMENTOS Cocción Escaldado Pasteurización Esterilización comercial
EN LA INDUSTRIA DE LOS ALIMENTOS, EL TÉRMINO PROCESADO TÉRMICO SE UTILIZA PARA DESCRIBIR AQUEL PROCESO DE CALENTAMIENTO, MANTENIMIENTO A TEMPERATURA CONSTANTE Y POSTERIOR ENFRIAMIENTO QUE SE NECESITA PARA ELIMINAR EL RIESGO DE POSIBLE ENFERMEDAD PROVOCADA POR LA INGESTIÓN DE ALIMENTOS. 2
Entre los procesos que usan altas temperaturas como medio de conservar los alimentos se encuentran las conservas, los productos pasteurizados (jugos, pulpas). Estos procesos térmicos involucran la esterilización o pasteurización en frascos, botellas, u otros envases del mismo tipo. Además existen otros envases como los tarros de hojalata, las películas flexibles y la esterilización de productos a granel y luego su envasado aséptico.
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BIBLIOGRAFÍA. DA-WEN SUN. THERMAL FOOD PROCESSING. CRC. FELLOW, P. TECNOLOGÍA DEL PROCESADO DE LOS ALIMENTOS, PRINCIPIOS Y PRÁCTICAS. ACRIBIA. HELDMAN, D. R., LUND, D. B. HANDBOOK OF FOOD ENGINEERING. MARCEL DEKKER. KARWE, M., BERGMAN, T. L., PAOLUCCI, S. HEAT TRANSFER IN FOOD PROCESSING: PRESENTED AT THE 29TH NATIONAL HEAT TRANSFER CONFERENCE. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS.
MAFART, P. INGENIERÍA INDUSTRIAL ALIMENTARIA. VOLUMEN1, PROCESOS FÍSICOS DE CONSERVACIÓN. ACRIBIA. 4
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CONSERVACIÓN MEDIANTE TRATAMIENTO TÉRMICO
EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE UN ALIMENTO TIENE COMO FINALIDAD FUNDAMENTAL LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS QUE PUEDEN ESTAR PRESENTES, TANTO EN SUS FORMAS VEGETATIVAS COMO ESPORULADAS Y EL ALGUNOS CASOS, LA DESTRUCCIÓN DE LAS TÓXINAS QUE ESOS MICROORGANISMOS PUDIERAN HABER LIBERADO.
ESTERILIZACIÓN: ES EL PROCESO EN DONDE EL PRODUCTO SE SOMETE A TEMPERATURAS MAYORES DE 1000C, ELIMINÁNDOSE TANTOS LAS FORMAS VEGETATIVAS COMO LAS ESPORULADAS, SEAN O NO DE MICROORGANISMOS PATÓGENOS.
PASTEURIZACIÓN: ES EL PROCESO EN DONDE EL PRODUCTO SE SOMETE A TEMPERATURAS MENORES DE 1000C, ELIMINÁNDOSE LAS FORMAS VEGETATIVAS DE LOS MICROORGANISMOS, PERO NO LAS ESPORULADAS. SE ELIMINAN MICROORGANISMOS PATÓGENOS.
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ESTERILIZACIÓN POR CALOR: ES LA OPERACIÓN UNITARIA EN LA QUE LOS ALIMENTOS SON CALENTADOS A UNA TEMPERATURA SUFICIENTEMENTE ELEVADA Y DURANTE UN TIEMPO SUFICIENTEMENTE LARGO, COMO PARA DESTRUIR EN LOS MISMOS LA ACTIVIDAD MICROBIANA Y ENZIMÁTICA. LOS ALIMENTOS ESTABILIZADOS POR ESTE PROCESO POSEEN UNA VIDA ÚTIL SUPERIOR A 6 MESES.
TIEMPO DE ESTERILIZACIÓN TERMO-RESISTENCIA DE LOS MICROORGANISMOS Y ENZIMAS. PARÁMETROS DE ESTERILIZACIÓN. pH DEL ALIMENTOS. TAMAÑO DEL ENVASE. ESTADO FÍSICO DEL ALIMENTO
La destrucción de microorganismos es LOGARÍTMICA, la esterilidad total es difícil de alcanzar; se calcula la PROBABILIDAD de supervivencia de un único microorganismo. Concepto de ESTERILIZACIÓN COMERCIAL, que es el riesgo de alteración que el industrial está dispuesto a asumir. 7
Esterilización comercial:
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La esterilización, como método de conservación puede ser aplicado a cualquier producto que haya sido pelado, trozado o sometido a otro tratamiento de preparación, provisto de un envase adecuado y sellado en forma hermética de manera de evitar la entrada de microorganismos después de la esterilización y también la entrada de oxígeno y que el envase debe presentar condiciones de vacío para asegurar la calidad del producto. El objeto de una conserva, cuyo punto principal es la esterilización comercial, es destruir todos los microorganismos patógenos que puedan existir en el producto y prevenir el desarrollo de aquellos que puedan causar deterioro en el producto.
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El nombre de esterilización comercial o canning designa los procesos en que se trata térmicamente un alimento para que no contenga microorganismos patógenos ni otros microorganismos o enzimas que puedan deteriorarlo durante las condiciones normales de almacenamiento en un recipiente hermético. Se le trata en forma tal que el alimento pueda conservarse por largo tiempo y mantenga gran parte de su valor nutritivo. No se trata de una esterilización completa que destruye la totalidad de los microorganismos. En la esterilización comercial pueden quedar algunos esporas termofílicas no patógenas que no germinarán por las condiciones en que se efectúa el almacenamiento. El tratamiento térmico del producto puede hacerse antes o después del envasado. El primer método se utiliza para líquidos y consiste en tratar térmicamente el producto a alta temperatura y envasarlo asépticamente en un recipiente estéril. En el otro método se envasa el producto y el recipiente sellado es tratado con vapor a presión u otro método de calentamiento. 9
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La esterilización evita que sobrevivan los organismos patógenos o productores de enfermedades cuya existencia en el alimento y su multiplicación acelerada durante el almacenamiento, produciría serios daños a la salud de los consumidores. Los microorganismos se destruyen por el calor, pero la temperatura necesaria para destruirlos varía. Muchas bacterias pueden existir en dos formas, vegetativa o de menor resistencia a las temperaturas, y esporulada, o de mayor resistencia. El estudio de los microorganismos presentes en los productos alimenticios ha llevado a la selección de ciertos tipos de bacterias como microorganismos indicadores de éxito en el proceso.
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Los microorganismos indicadores son los más difíciles de destruir mediante los tratamientos térmicos, de manera que si el tratamiento es eficiente con estos, lo será con mayor razón con aquellos microorganismos más termosensibles. Uno de los microorganismos más usados como indicador para procesos de esterilización comercial es el Clostridium botulinum, el cual es causante de serias intoxicaciones por alimentos de baja acidez, conservados en ambiente de vacío, dos de las condiciones para la producción de toxina por el microorganismo. El calor, destruye las formas vegetativas de los microorganismos y reduce a un nivel de seguridad las esporas, es decir, las formas resistentes de los microorganismos, asegurando que el producto puede ser consumido sin problemas para el ser humano.
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Los productos que pueden ser sometidas al proceso de conservación por esterilización comercial son muy variados. Las frutas en general pueden ser procesadas de esta manera, siendo las piñas y las guayabas dos ejemplos de estos productos. Estos productos son ácidos y en relación al Clostridium botulinum son altamente seguros, pues el microorganismos no encuentra a esa acidez las condiciones adecuadas para producir la toxina, que es altamente efectiva y mortal en el ser humano. Productos de baja acidez como la mayoría de las hortalizas, pueden estar contaminadas con el microorganismo y producir durante el almacenaje la mortal toxina. Por estas razones no es aconsejable procesar hortalizas de baja acidez en condiciones domésticas o artesanales, que no permitan un adecuado control del proceso. 12
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FUENTE DE LOS MICROORGANISMOS
-Suelo: Las materias primas tomadas del suelo (vegetales) deben ser adecuadamente lavadas con agua de buena calidad bacteriológica. Los m.o. más abundantes son las bacterias esporuladas Bacillus y Clostridium.
-Equipo: Es una fuente importante si las prácticas sanitarias y/o diseño son deficientes. -Ingredientes: Generalmente están contaminados con bacterias esporuladas mesofílicas y termofílicas, y otros m.o. El azúcar y el almidón (ingredientes comunes)
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¿Dónde se encuentran los microbios? Los microbios se encuentran en: Las manos y uñas sucias La saliva de los humanos y los animales domésticos El cabello Las heridas infectadas La piel de los humanos y los animales domésticos Los utensilios de cocina contaminados Los excrementos humanos y de los animales El aire El agua contaminada La basura y los restos de comida Las moscas, cucarachas y roedores
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PRINCIPALES ENFERMEDADES CAUSADAS POR ALIMENTOS GASTROENTERITIS: Causada por Salmonella, Shigella, Escherichia coli, Pseudomonas y otras. AMIBIASIS: Causada por un parásito que se aloja en el intestino grueso. ASCARIASIS (lombriz o gusano redondo): Causada por huevecillos a través de las manos, tierra y alimentos contaminados. BOTULISMO: Intoxicación provocada por toxinas de Clostridium botolinum que se presenta en los alimentos embutidos y enlatados. HEPATITIS INFECCIOSA: Producida por un virus que se encuentra en las heces, orina, saliva y sangre de personas enfermas.
INTOXICACIÓN POR CONSUMO DE HONGOS VENENOSOS.
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TIPOS DE ALIMENTOS Y SUS MICROORGANISMOS Los alimentos pueden ser: • poco ácidos(4,5
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• Los alimentos ácidos (durazno, peras, naranjas y tomates) pueden presentar bacterias acidúricas de baja resistencia térmica, y otras bacterias, levaduras y hongos. El Cl. botulinum no puede desarrollar. Unos pocos m.o. mesofílicos, anaerobios y esporulados pueden desarrollar (Clostridium pasteurianum), pero tienen baja resistencia térmica, (por eso se trata este tipo de alimentos a menor temperatura), excepto el Bacillus termoacidurans, que causa la descomposición ácida del jugo de tomate. • Los muy ácidos (encurtidos y fermentados, mermeladas) pueden ser atacados por bacterias acidúricas, levaduras y hongos, pero generalmente tienen baja resistencia al calor. Los alimentos con pH menores a 4,5 ofrecen mayor seguridad aunque los hongos pueden consumir ácido durante el almacenamiento, aumentando el pH y creando condiciones para el desarrollo de los esporos del Cl. botulinum.
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Resistencia térmica de los microorganismos presentes en los alimentos La historia de la eliminación de los microorganismos en los alimentos preparados se inició con Nicholas Appert, un cocinero francés que colocó alimentos en botellas de vidrio, las tapó con tapón y las calentó en agua hirviente. La mayoría de los alimentos así tratados no se deterioraron y, él anunció este descubrimiento en 1810. En aquella época la microbiología era desconocida y Appert fue incapaz de explicar por qué su método era eficaz. Él creía que con la combinación del calor y la remoción del aire prevenía la tendencia a la descomposición de los alimentos. Cincuenta años después, Louis Pasteur demostró que ciertos microorganismos son responsables por la fermentación y descomposición de los alimentos. 21
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Condiciones que afectan el desarrollo de microorganismos ¿Qué necesitan para vivir y reproducirse? 1. Alimentos nutritivos como lo son la leche y sus derivados, las carnes, las cremas y los mariscos. 2. Humedad
Entre más seco el alimento, menor la posibilidad de que los microbios sobrevivan. 3. Temperatura Una temperatura entre 5 - 60 °C. Las temperaturas entre 25 - 30 °C favorecen el crecimiento rápido de los microbios. 4. Tiempo Entre más tiempo estén los microbios en condiciones ideales, con alimento, agua y en la zona de peligro, más rápido se reproducen. FAO,1990
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LA IMPORTANCIA DEL TIEMPO:
Un solo microbio en condiciones ideales, es capaz de formar una colonia microbiana de 281,000,000,000 (281 billones) de miembros en sólo 24 horas. Esto ocurre por que los microbios son capaces de dividirse en dos, y esos dos a su vez en otros dos y así sucesivamente. Este proceso se repite aproximadamente cada 20 minutos.
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ZONA FRÍA Es una zona de seguridad para los alimentos. En el congelador, a temperaturas entre -24 y -18 °C, los microbios no están activos y no pueden reproducirse. Aun así, continúan presentes en el alimento. El refrigerador debe mantenerse entre 1 y 4 °C. ZONA DE PELIGRO A temperaturas entre 5 y 60 °C, los microbios están más activos y se reproducen más rápidamente. Según aumenta la temperatura, aumenta la actividad y el número de microbios. ¡LOS ALIMENTOS NO DEBEN PERMANECER EN ESTA ZONA POR MAS DE 2 HORAS! ZONA CALIENTE Esta es otra zona de seguridad. A temperaturas sobre los 60 °C, los microbios mueren. Los alimentos que se sirven calientes deben mantenerse en esta zona. 24
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El control de la temperatura del alimento es otro factor importante para controlar los microbios. Como demuestra el dibujo, los cambios en temperatura afectan la vida de los microbios.
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Métodos para determinar la resistencia térmica:
Tubos de tiempo de muerte térmica: Se usan pequeños tubos de pyrex sellados que se calientan en un baño o autoclave especial.
Luego se cultivan y se observa el desarrollo por ejemplo por cambio de pH o recuento. Es un método simple, adecuado para medios líquidos. Latas: Se utilizan en forma similar que los tubos pero son para materiales sólidos. Tanques: El producto líquido se coloca en un tanque calentado con vapor del que a intervalos de tiempo regulares se extraen muestras que luego se incuban. Recipientes de vidrio: Se utilizan frascos sumergidos en un baño calefactor, provistos de agitador, termómetro y tubo para inoculación y toma de muestras. Con estos métodos se obtienen valores de número de microorganismos sobrevivientes en función del tiempo para diversas temperaturas, estos valores se corrigen por la demora en el calentamiento del medio. 27
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TERMO-RESISTENCIA DE LOS MICROORGANISMOS: La resistencia térmica de los microorganismos es llamada como tiempo de reducción decimal o simplemente conocida por "D". El valor D puede ser definido como el tiempo en minutos, a una cierta temperatura, necesaria para destruir un 90% de los organismos de una población o, para reducir una población a un décimo del número original de microorganismos presente al alimento. La utilización de tratamiento térmico, generalmente bajo forma de calor húmedo es el más utilizado en el control de la estabilidad microbiológica o aún esterilidad comercial de los alimentos procesados. Dependiendo fundamentalmente del tipo de microorganismo presente y que se desea eliminar, hay dos tipos diferentes de tratamiento térmico que son aplicados a los alimentos procesados:
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1 - Tratamiento Térmico Comercial. Generalmente empleado para alimentos de baja acidez PH > 4,6 y que son almacenados la temperatura ambiente. Las temperaturas en este proceso varía de 110ºC a 120ºC. 2 - Tratamiento Térmico de Pasteurización. La terminología pasteurización se aplica para indicar tratamiento térmico menos intenso, siempre la temperaturas inferior la 100ºC y, por lo tanto la presión atmosférica normal. Esos procesos son destinados a los alimentos que no ofrecen condiciones para la proliferación de las bacterias (con alimentos ácidos o muy ácidos), no ofreciendo condiciones para la multiplicación de microorganismos más resistentes, que pueden sobrevivir en el proceso de pasteurización.
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Levaduras y sus esporas: Normalmente las levaduras son destruidas a una temperatura entre 5 la 10ºC. Las formas vegetativas de las levaduras son eliminadas en general de 50 a 60ºC, en un tiempo de 10-15 minutos y, sus esporas serán destruidos con una temperatura mínima de 60ºC en un tiempo de 10-15 minutos. Mohos y sus esporas: La mayoría de los mohos y sus esporas, son destruidos a una temperatura mínima de 65ºC con un tiempo que varía entre 5 y 10 minutos. Hay algunos mohos como el caso de algunas especies de Penicillium, que es necesario para su destrucción una temperatura por encima de 83ºC con un tiempo de hasta 1000 minutos. Las esporas de los mohos y hongos, son bastante resistentes al calor, como casos registrados de algunos esporos resistentes a temperatura de hasta 120ºC, durante un tiempo de 30 minutos. 30
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Bacterias y sus esporas: La termo-resistencia bacteriana varía mucho desde algunos patógenos fácilmente destruidos, hasta los termófilos donde son necesarios periodos de tiempo largo a una temperatura entre 80 la 92ºC para su eliminación. Sus esporas generalmente son más resistentes al calor, siendo necesario una temperatura mínima de 100ºC y, un tiempo de destrucción que varía de 1 minuto a 20 horas para su destrucción. La tabla a continuación, muestra el tiempo de destrucción térmica para algunos esporos de bacteria. Enzimas: La mayoría de las enzimas en los alimentos y de los microorganismos, son destruidas a 80ºC y, algunas pueden resistir temperaturas superiores a 80ºC.
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Ejemplo: BOTULISMO Es causado por el Clostridium botulinum. (bacilo Gram +), esporulado y anaerobio estricto) que produce una toxina muy letal (muerte entre 6 y 12 horas), que es neurotóxica: causa parálisis muscular: caída del párpado superior, dificultades en la deglución, alteraciones en la visión y fallo respiratorio. Esta toxina es soluble en agua y se destruye durante 10 minutos a calor húmedo a 100ºC. Las esporas se encuentran en el polvo, en los animales y principalmente en el suelo. Por ser proteolítico y sacarolítico produce en el alimento un olor muy semejante al de carne descompuesta mezclada con ácido butírico. Es poco probable encontrar el m.o. con su toxina en alimentos no alterados notoriamente. La gravedad de la intoxicación hace necesario un estricto control de la destrucción de este m.o. 32
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Para caracterizar la termo-resistencia de microorganismos o esporas se determinan parámetros D y z:
los los
D: Tiempo de reducción decimal, es el tiempo en minutos necesario para destruir el 90% de los microorganismos a una dada temperatura. D = t / log (No/N) N=Nro de microorganismos a tiempo t No=Nro inicial de microorganismos.
log
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z (constante de resistencia térmica): Variación de temperatura necesaria para una variación del 90% en D. Está relacionado con la energía de activación de la constante de velocidad de reacción. z= (T2-T1)/ log (DT1 / DT2 ) log D (min)
z
T ( C) 34
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El problema es determinar y usar la mínima cantidad de calor para eliminar a los microorganismos que provocan alteraciones o peligrosos, como Clostridium botulinum, que forma endosporas. Como el calentamiento disminuye la calidad de los alimentos fue necesaria mucha investigación para determinar las condiciones exactas del tratamiento que conseguirían la esterilización con mínimos cambios en la calidad. Sí se consigue eliminar el Cl. botulinum, cualquier otra bacteria importante como alteradora o patógena también será destruida.
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Para asegurar la esterilización completa se aplica el calor suficiente para un tratamiento l2D, según el cual la población teórica de endosporas botulínicas disminuiría 12 ciclos logarítmicos. En otras palabras, si hubiese 1012 (1.000.000.000.000) de endosporas botulínicas en una lata quedaría sólo un superviviente. Como 1012 se considera una población improbablemente grande este tratamiento se considera bastante seguro. Ciertas bacterias termófilas formadoras de endosporas poseen esporas más resistentes al calor que las de C. botulinum. Sin embargo, estas bacterias son termófilas obligadas y normalmente permanecerán aletargadas a temperaturas por debajo de los 45 C. Por lo tanto no hay problema a las temperaturas normales de almacenamiento.
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En el procesamiento se utiliza un valor F (tiempo de
muerte térmica), que es el tiempo necesario para destruir una carga dada de microorganismos a una dada temperatura. Para C. botulinum el valor F que se adopta es de 12D, se dice que el orden del proceso igual a 12, significa que se acepta una supervivencia de una espora en 1012, (por seguir una ley logarítmica en teoría no se pueden eliminar totalmente.) Para los anaerobios esporulados no patógenos, se adopta un valor F de 5D.
Curva de tiempo de muerte térmica: Permite comparar
diferentes condiciones tiempo/temperatura que producen la misma reducción de microorganismos. Para obtenerla se grafica log F versus temperatura.
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Factores que afectan la resistencia térmica
Variabilidad de las diferentes cepas. pH: Su disminución por debajo de 7 en general hace disminuir la resistencia térmica, también los pH muy alcalinos. Para alimentos de bajo pH el tratamiento a efectuar es mas leve y la resistencia térmica debe medirse para cada alimento en particular. Actividad acuosa: Si es baja aumenta la resistencia, puede bajarse por una alta concentración de azúcar. La sal provoca un efecto protector en concentraciones del 2-4%, a mayores concentraciones su efecto es opuesto. Presencia de grasas: protegen los esporos de la acción letal del vapor aumentando mucho la resistencia. Medio de cultivo: Si es rico permite la germinación de algunos esporos debilitados durante el tratamiento, en medios pobres permanecerían inactivados.
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FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA RESISTENCIA AL CALOR DE LAS ESPORAS CONCENTRACIÓN
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FACTORES CIRCUNDANTES
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INFLUENCIA DE LOS INGREDIENTES ALIMENTICIOS SOBRE LA RESISTENCIA AL CALOR DE LAS ESPORAS
ACIDOS Y VALOR DEL pH DEL MEDIO DE CALENTAIENTO
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AZÚCAR
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SALES ORGÁNICAS: [NaCl] hasta 4% protege, >8% la disminuye. Los iones fosfato favorecen la formación, germinación y resistencia al calor de la espora. ALMIDÓN: Permite el crecimiento de mayor número de esporas, no ejerce influencia sobre la resistencia al calor. PROTEÍNAS: Ofrecen alguna protección a la resistencia al calor. ACEITES ESENCIALES (de especias e ingredientes que imparten sabor): Ejercen marcada influencia sobre la resistencia al calor de las esporas.
GRASAS Y ACEITES: Son obstáculos cuando se intenta matar las esporas bacterianas con calor húmedo.
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RESISTENCIA AL CALOR DE LAS ENZIMAS EN EL ALIMENTO
ENERGÍA DE ACTIVACIÓN: K = Ae exp (-Ea/RT) INACTIVACIÓN DE LAS ENZIMAS CON EL CALOR.
REACTIVACIÓN DE LAS ENZIMAS DESPUÉS DEL CALENTAMIENTO.
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PENETRACIÓN DE CALOR
En la penetración del calor influyen los siguientes factores: coeficiente de transferencia de calor en el exterior (hvapor), propiedades físicas y térmicas del producto (hi,etc), diferencia de temperatura entre el vapor el producto al inicio, tamaño del recipiente y mecanismo de transferencia de calor dentro del recipiente.
La penetración del calor se determina colocando termopares en el punto más frío del recipiente, que en los productos calentados por convección está sobre el eje vertical y cerca del fondo, y en los calentados por conducción está en el centro del eje vertical. Así se obtiene la curva temperatura - tiempo. La agitación mejora la transferencia de calor. En los productos viscosos hay una agitación máxima por encima de la cual el producto dentro de la lata no pasa de un lugar a otro.
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Dentro del recipiente el calor se puede transferir por conducción o por convección, o inicialmente por un mecanismo y luego por el otro: • convección rápida: en jugos de fruta y hortalizas, sopas, frutas en trozos grandes, etc. • convección rápida: en líquido libre con pequeños trozos de frutas, hortalizas o carne. • calentamiento interrumpido (cambian de convección a conducción): alimentos con almidón o de los cuales el almidón es fácilmente lixiviado de los sólidos, como sopas, tallarines, hortalizas mezcladas. • conducción: alimentos envasados sólidamente con alto contenido de agua no libre como crema espesa de maíz, puré de hortalizas, mermeladas, frutas en tajada, carne o pescado bien compactos.
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VELOCIDAD DE PENETRACIÓN DE CALOR: TIPO DE PRODUCTO. TAMAÑO DEL ENVASE. AGITACIÓN DEL ENVASE. TEMPERATURA DEL AUTOCLAVE. FORMA DEL ENVASE. TIPO DE ENVASE.
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PENETRACIÓN DE CALOR EN EL ALIMENTO DURANTE El TRATAMIENTO TÉRMICO La penetración de calor en el tratamiento térmico en alimentos envasados herméticamente, es definida como siendo el cambio de la temperatura en un determinado punto del producto, en virtud de la influencia de la temperatura de los puntos vecinos del mismo. Esa penetración es resultante de la transferencia de calor en el producto, que se procesa por dos mecanismos fundamentales que son: POR CONVECCIÓN Y POR CONDUCCIÓN. El esquema de los dos procesos de calentamiento es ilustrado en la figura a continuación:
Donde las flechas rojas, muestran el movimiento de agitación del alimento dentro del envase. PF es el Punto Frío o Punto Crítico, local en el interior del envase donde la transferencia de calor es más lenta, por lo tanto baja Letalidad de los microorganismos. El Punto Frío, depende principalmente de las características físicas del producto alimenticio y del formato y material de los envases utilizados. 49
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Dependiendo del tipo de alimento, un tratamiento térmico de esterilización específico debe ser aplicado pues, la penetración de calor en los mismos son diferentes (productos más densos, más líquidos, etc.). En las figuras abajo, se muestra la penetración de calor en los diferentes tipos de alimentos envasados:
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Para la evaluación de la temperatura en todos los puntos del alimento envasado se opta generalmente por calcular el impacto del proceso utilizando la información relativa a un único punto en el alimento, en el punto del alimento que tarda más tiempo en calentar (punto frío). Este modo de actuación puede ser justificado por el siguiente aspecto: si el alimento sufre un procesamiento térmico suficientemente severo para reducir la población microbiana a niveles aceptables en el Punto Frío, entonces todos los otros puntos del producto alimenticio recibirán necesariamente un tratamiento térmico adecuado. Otro aspecto a favor de este modo de cálculo se deriva en el hecho de que en la práctica no se conoce la distribución espacial de los microorganismos en el interior del alimento, inmediatamente se asume que todos los microorganismos se encuentran al punto frío (o punto crítico) y, considerando un tratamiento suficientemente severo en este punto para reducir el número de microorganismos para un valor aceptable, se estará necesariamente produciendo un alimento seguro para el consumo, al largo de todo el proceso.
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SISTEMA DE ESTERILIZACIÓN: PRODUCTO LLENADO DEL ENVASE EVACUACIÓN DEL AIRE (envasando el producto en caliente, envasando en frío y calentando, eliminando mecánicamente el aire con una bomba de vacío, cerrando al vapor) CIERRE (según tipo de envase: latas, botellas o tarros de vidrio, bolsas flexibles, bandejas rígidas) TRATAMIENTO TÉRMICO (con vapor saturado, con agua caliente, esterilización a la llama) ENFRIAMIENTO 54
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Enlatado industrial. (1) El alimento a enlatar es lavado, seleccionado y escaldado. El escaldado es un tratamiento con agua hirviendo o chorro de vapor que ablanda el producto para que entre bien en la lata. También destruye enzimas que podrían alterar el sabor, la textura o el color del producto y disminuye la carga microbiana. (2) Las latas se llenan totalmente, de manera que quede el menos espacio vacio posible. (3) Las latas pasan a una cámara de vapor, donde el calor elimina el aire disuelto. (4) Sellado. (5) La esterilización se realiza en autoclaves con vapor a presión. (6) El enfriamiento se realiza pulverizando agua o sumergiéndolos en ella. (7) Las latas son posteriormente etiquetadas, almacenadas y distribuidas. 55
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ENVASES Pueden ser de distintos materiales: acero estañado (con 0,25 a 2% de Sn): Es el más usado. El Sn tiene cualidades protectoras para el alimento, aunque blanquea los colores de las frutas, por lo que suele recubrirse con barniz.
vidrio: Es inerte, pero transparente (no impide el daño por la luz). aluminio. plástico rígido o semirígido. películas flexibles. Tienen la ventaja de ser livianos
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ALTERACIÓN DE LOS ALIMENTOS ENLATADOS Puede deberse a grandes cargas iníciales de m.o., un inadecuado tiempo de procesado o a una contaminación posterior al tratamiento térmico.
Según las causas, las descomposiciones pueden ser: 1) Descomposición ácida plana: hay producción de ácido y no de gas, generalmente por bacterias termofílicas y debido a una mala esterilización o latas agrietadas. 2) Descomposición ácida y gas: hay producción de ácido y gas por bacterias mesófilas. 3) Hinchazón química: es como resultado de la producción de gas (generalmente H2) debido a la acción del contenido de la lata sobre el Sn , o debido a la liberación de CO2 por la descomposición química de melazas, jarabes, extractos de malta, etc. 4) Descomposición fotoquímica (por la luz): la luz cataliza reacciones que pueden causar blanqueo, ligeros malos sabores en el aceite, sabor azorrillado en la cerveza, destrucción de vitaminas y pérdida de ciertos nutrientes.
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Tipos de deterioro de alimentos enlatados Indicios de deterioro Tipo de deterioro Alimentos poco ácidos (pH superior a 4,5) Acidificación sin gas(Bacillus stearothermophilus)
Por anaerobios termófilos (Clostridium thermosaccharolyticum)
Aspecto de la lata Posible pérdida de vacío durante el almacenaje
Lata hinchada
Producción de sulfuros (Desultotomaculum Lata no hinchada nigrificans) Putrefacción anaerobia (Clostridium Lata hinchada sporogenes) Por formadores de endosporas aerobios (especies de Bacillus) Alimentos muy ácidos (pH inferior a 4,5) Acidificación sin gas (Bacillus coagulans) Por anaerobios butíricos (Clostridium butyricum) Por no formadores de esporas (principalmente bacterias lácticas) Levaduras Mohos
Normalmente no se hincha excepto con carnes curadas que lleven nitrato y azúcares
Contenido de la lata Aspecto no alterado normalmente; pH mucho más bajo; acidez puede haber un olor ligeramente anormal; a veces líquido turbio. Olor a fermentado, agrio, a queso o butírico Normalmente se ennegrece; olor a huevos podridos. Puede estar parcialmente digerido; pH levemente superior al normal; olor pútrido típico. Leche evaporada coagulada, remolachas negras.
Lata sin hinchar; lígero cambio en el vacío. Leve cambio de pH; sin sabor ni olor. Lata hinchada
Olor butírico, a fermentado.
Lata hinchada
Olor ácido.
Lata hinchada, puede estallar Lata sin hinchar
Fermentado, olor a levadura. Crecimiento en superficie; olor a húmedo.
Fuente: Datos de la Asociación Nacional de Conserveros, USA.
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Deterioro de los alimentos enlatados Si los alimentos enlatados se incuban a temperaturas altas, como las existentes en un camión estacionado a pleno sol o en las cercanías de un radiador, las bacterias termófilas, que a menudo sobreviven a la esterilización comercial, pueden germinar y crecer.
El deterioro termofílico anaeróbico es una causa bastante común de alteraciones en alimentos enlatados poco ácidos. La lata normalmente se hincha por el gas producido y el contenido tiene un pH más bajo y olor agrio. Varias especies termofílicas de Clostridium pueden causar este tipo de alteración. Cuando ocurre un deterioro termofílico sin que se hinche la lata por la producción de gas el deterioro se llama acidificación sin gas. Este tipo de deterioro está causado por organismos termófilos como Bacillus stearothermophilus, que se encuentra en el almidón o los azúcares en la preparación de alimentos. Ambos tipos de deterioro ocurren sólo cuando las latas se almacenan a temperaturas superiores a lo normal, que permiten el crecimiento de bacterias cuyas endosporas no son destruidas por el porcentaje habitual. 59
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Las bacterias mesófilas pueden alterar los alimentos enlatados si éstos no han sido procesados correctamente o si la lata no es hermética. Normalmente las bacterias mueren durante el proceso realizado correctamente. Un proceso incorrecto suele provocar deterioro causado por formadores de endosporas; la presencia de bacterias no formadoras de esporas indica que la lata no es hermética. Las latas no herméticas se contaminan a menudo durante el enfriamiento tras el proceso térmico. Las latas calientes son pulverizadas con agua fría o transportadas a través de un depósito lleno de agua. A medida que la lata se enfría se forma vacío en su interior y el agua externa puede ser chupada hacia el interior a través de aberturas en los pliegues que cierran la tapa, cuyo sellado se ablanda por el calor (figura 27-2). Las bacterias contaminantes del agua de enfriamiento entran con el agua a la lata. El deterioro debido a un incorrecto procesamiento o a aberturas en la lata suele producir olores de putrefacción, por lo menos en los alimentos ricos en proteínas y ocurre a las temperaturas normales de almacenamiento. En este tipo de deterioro existe siempre la posibilidad de que la bacteria del botulismo esté presente.
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Figura 27-2. Construcción de una lata metálica. Obsérvese la construcción de la junta. Durante el enfriamiento tras la esterilización, el vacio formado en el interior de la ata puede forzar la entrada de microorganismos junto con agua.
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INFLUENCIA DEL ENLATADO SOBRE LA CALIDAD
La aplicación de calor causa cambios en el color, sabor, textura y valor nutritivo de los alimentos. Estos efectos tratan de disminuirse usando cortos períodos de tiempo. -Color: Alteración de los pigmentos y generación de productos coloreados (caramelización, encafeicimiento) -Sabor y textura: Efecto sobre compuestos responsables del olor y el gusto. En forma opuesta, la carne es mejorada en sabor y queda más suave. -Proteínas: Desnaturalización y pérdida de actividad enzimática. -Grasa y aceite: Aceleración de la ranciedad oxidante y la hidrólisis enzimática, aunque las grasas son estables al calor húmedo en ausencia de O 2. -Carbohidratos: Posible caramelización por el calor húmedo.
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-Vitaminas: a) solubles en H2O: La tiamina es termolábil y su pérdida puede ser sustancial, excepto que el alimento sea ácido. La riboflavina es estable al calor pero sensible a la luz. El ácido ascórbico no es muy destruido por alta temperatura durante poco tiempo si hay baja concentración de O2., pero sí por baja temperatura durante largos tiempos. El Sn protege a la vitamina C. b) solubles en grasa: La vitamina A es relativamente estable al calor en ausencia de O2, pero ocurren pérdidas apreciables en presencia de O2. La vitamina D es moderadamente estable al calor y resistente a la oxidación, pero es muy inestable a ambos juntos. La vitamina E es estable al calor en ausencia de O2, pero el calentamiento en presencia de O2 casi la destruye totalmente.
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El contenido nutritivo de los alimentos enlatados es comparable al de los alimentos crudos cocinados en el hogar. Casi no hay pérdidas de proteínas, grasas y carbohidratos. Son notables las pérdidas de vitaminas, que se deterioran por exposición al aire, calor y agua caliente durante el procesamiento industrial o en el hogar durante la cocción. Una vez abiertos, los alimentos enlatados se descompondrán más rápidamente que los alimentos frescos. Los alimentos pigmentados pueden blanquearse en las latas abiertas y la corrosión de la cubierta de Sn es acelerada por el O2 del aire.
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Optimización del proceso: Si bien hay infinitas combinaciones de tiempo y temperatura que producen el mismo efecto de inactivación de microorganismos, esporas y enzimas, deben adoptarse condiciones que permitan retener la mejor calidad nutritiva y sensorial del producto. El fundamento de esta optimización es la diferencia entre las constantes de velocidad de destrucción de los nutrientes y los microorganismos. En general convienen tratamientos de corto tiempo y altas temperaturas. Para productos fluidos esto puede llevarse a cabo con los intercambiadores de calor utilizados en el envasado aséptico. En caso de haber fosfatasas o lipasas de origen microbiano este tipo de tratamientos no es adecuado porque no las destruye y entonces se producirá el deterioro del alimento. 68
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Factores que mejoran la calidad: •Uso de variedades especiales del producto adecuadas para el enlatado. •Mantenimiento de buenas condiciones sanitarias. •Minimización del tiempo transcurrido entre la cosecha, captura y/o sacrificio y el procesamiento. •Logro de un buen sellado al vacío para minimizar el oxígeno residual, que con la oxidasa destruye el ácido ascórbico.
•Si se efectúa blanqueo con agua caliente o vapor para limpiar el producto y reducir su volumen conviene hacerlo a altas temperaturas y cortos tiempos.
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AUTOCLAVES: FUNCIONAMIENTO DISCONTINUO O CONTINUO. 1.
DISCONTINUO: VERTICALES U HORIZONTALES (facilitan las operaciones de carga y descarga).
2. CONTINUO: CONTROL MÁS PRECISO DE LOS PARAMETROS DE ESTERILIZACIÓN Y PRODUCTO DE CALIDAD UNIFORME.
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PROCESO DE ESTERILIZACIÓN A TEMPERATURAS ULTRAELEVADAS (UHT) Resuelve el problema de esterilización de alimentos sólidos o viscosos envasados. Alimento se esteriliza previo al envasado en envases estériles y atmósfera estéril. Se utiliza para: leche, jugos de frutas y concentrados, nata, yogurth, aderezos para ensaladas, huevo y helados y aquellos que contienen pequeñas partículas de otros componentes. Son de elevada calidad. Vida útil mínimo de 6 meses. Condiciones del proceso no dependen del tamaño del envase. Tiempo de esterilización siempre el mismo. Permite utilizar envases de gran tamaño y baratos. Mayor rendimiento por su automatización y ahorro energético. Económico para algunos productos: ejem. Leche. Limitaciones: costos inicial y la complejidad de sus instalaciones, que exigen la esterilización previa de los materiales de envasado, de los tanques y de las tuberías; la necesidad de mantener estéril el aire y las superficies en la zona de llenado y requerir mano de obra más especializada.
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CARACTERÍSTICAS DE LAS INSTALACIONES UHT Funcionan a temperaturas superiores a 1320C, Poseen una gran superficie de intercambio térmico, Producto circula sobre la superficie caliente en flujo turbulento, Utilizan bombas para mantener un flujo constante, Continua limpieza de las superficies calientes.
CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES UHT 1. 2. 3.
SISTEMAS DIRECTOS: de inyección de vapor e infusión de vapor. SISTEMAS INDIRECTOS: intercambiadores de calor de placas, intercambiadores de calor de tubos e intercambiadores de calor de superficie barrida. OTROS SISTEMAS: mircroondas, calentamiento dieléctrico y por inducción.
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EFECTOS SOBRE LOS ALIMENTOS Propósito de la esterilización: prolongar la vida útil de los alimentos reduciendo al mínimo las pérdidas en valor nutritivo y la alteración de las características sensoriales del producto. 1.
COLOR: en la carne, en frutas, en hortalizas, etc.
2. AROMA Y BOUQUET: cambio debido a la degradación, interacción, oxidación, desnaturalización, etc., de componentes. 3.
TEXTURA Y VISCOSIDAD: coagulación, pérdida de capacidad de retención de agua, hidrólisis colágeno o sustancias pécticas, solubilización de geles, fusión de grasas, etc.
4.
VALOR NUTRITIVO: degradación, hidrólisis, coagulación, etc.
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Corresponde a un tratamiento térmico menos drástico que la esterilización, pero suficiente para inactivar los microorganismos productores de enfermedades, presentes en los alimentos. La pasteurización inactiva la mayor parte de las formas vegetativas de los microorganismos, pero no sus formas esporuladas, por lo que constituye un proceso adecuado para la conservación por corto tiempo. Además, la pasteurización ayuda en la inactivación de las enzimas que pueden causar deterioro en los alimentos. Al igual que en el caso de la esterilización la pasteurización es una adecuada combinación entre tiempo y temperatura. 74
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Es un tratamiento térmico que destruye los microorganismos patógenos e inactiva sus enzimas. La pasterización es un tratamiento térmico menos severo que la esterilización. La temperatura normal de trabajo oscila alrededor de los 100ºC. La pasterización se suele aplicar cuando: 1- Un calentamiento más enérgico afectara a la calidad del alimento. 2- Se busca únicamente la eliminación de un grupo de patógenos. 3- Cuando el pH permita realizar un tratamiento menos severo. 4- Cuando algunos microorganismos compitan en un proceso de fermentación. También se aplica: en el empleo de embalajes, la refrigeración de leche y productos lácteos y en la adición de ácidos, azucares y sales. 75
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Procesos de Pasteurización Hoy en día la pasteurización realizada a los alimentos es un proceso industrial continuo aplicado a alimentos viscosos, con la intención de ahorrar energía y costos de producción. Existen tres tipos de procesos bien diferenciados: 1) pasteurización a altas temperaturas durante un breve periodo de tiempo (HTST del inglés: High Temperature/Short Time), 2) el proceso a ultra-altas temperaturas (UHT igualmente de Ultra-High Temperature) y 3) LTLT Baja temperatura en largo tiempo.
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Proceso HTST Este método es el empleado en los líquidos a granel, como son la leche, los jugos de frutas, la cerveza, etc. Por regla general es el más conveniente, ya que expone al alimento a altas temperaturas durante un período breve de tiempo y además se necesita poco equipamiento industrial para poder realizarlo, reduciendo de esta manera los costos de mantenimiento de equipos. Entre las desventajas del proceso está la necesidad de personal altamente cualificado para la realización de este trabajo, que necesita de la realización de controles estrictos durante todo el proceso de producción.
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Existen dos métodos distintos bajo la categoría de pasteurización HTST: en "batch" (o lotes) y en "flujo continuo“: En el proceso "batch" (denominado también como Vat Pasteurization o Pasteurización Vat) una gran cantidad de leche se calienta en un recipiente estanco autoclave a una temperatura que llega de 63 a 68 ºC durante un intervalo de 30 minutos, seguido inmediatamente de un enfriamiento a 4 C para evitar la proliferación de los microorganismos. Es un método empleado hoy en día, sobre todo por los pequeños productores debido a que es un proceso lento (implica dos horas en total). En el proceso de "flujo continuo", el alimento se mantiene entre dos placas de metal o también denominado intercambiador de calor de placas (PHE) o bien un intercambiador de calor de forma tubular, las temperaturas son las mismas: 63 a 68 ºC. Este método es el más aplicado por la industria alimenticia a gran escala ya que permite realizar la pasteurización de grandes cantidades de alimento en relativamente poco tiempo.
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Proceso UHT El proceso UHT es de flujo continuo y mantiene la leche a una temperatura superior más alta que la empleada en el proceso HTST, y puede rondar los 138 C durante un periodo de al menos dos segundos. Debido a este periodo de exposición, aunque breve, se produce una mínima degradación del alimento. La leche cuando se etiqueta como "pasteurizada" generalmente se ha tratado con el proceso HTST, mientras que la leche etiquetada como "ultrapasteurizada" o simplemente "UHT", se debe entender que ha sido tratada por el método UHT. El reto tecnológico en el siglo XXI es poder disminuir lo más posible el período de exposición a altas temperaturas de los alimentos, haciendo la transición de altas a bajas temperaturas lo más rápida posible, disminuyendo el impacto en la degradación de las propiedades sensoriales de los alimentos.
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