1._octubre__trat.termico,_z_y_fo
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8/6/2019 1._octubre__trat.termico,_z_y_fo
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OPERACIONES UNITARIAS IIOPERACIONES UNITARIAS II03: Tratamiento t03: Tratamiento trmico de alimentosrmico de alimentos
IngenierIngeniera en Alimentosa en Alimentos
Operac iones Uni ta r i as I I
IntroducciIntroduccinn
La conserverLa conservera de alimentos por calora de alimentos por calor1809 con1809 con NicholasNicholas AppertAppert(botellas de vidrio)(botellas de vidrio)
En 1851 se comenz a utilizar el autoclave a presin sobre 100C
En 1940 se desarrollo el sistema Martin Dole envasado asptico(envases metlicos)
Ambos tratamientos envase (apertizacin) y asptico, se utilizanen la actualidad
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Operac iones Uni ta r i as I I
IntroducciIntroduccin (continuacin (continuacin)n)
Los tratamientos tLos tratamientos trmicos se pueden clasificar en tres categorrmicos se pueden clasificar en tres categoras:as:
(a) Temperaturas inferiores a 100(a) Temperaturas inferiores a 100CC PasteurizaciPasteurizacinn(b) Temperaturas de 100(b) Temperaturas de 100CC productos menosproductos menos cidoscidos(c) Temperaturas superiores a 100(c) Temperaturas superiores a 100CC esterilizaciesterilizacin (n (pHpH>4.5)>4.5)
EsterilizaciEsterilizacin comercialn comercial tratamiento ttratamiento trmico disermico diseado paraado para
destruir la totalidad de los microorganismos capaces de crecerdestruir la totalidad de los microorganismos capaces de creceren condiciones de almacenaje.en condiciones de almacenaje.
Operac iones Uni ta r i as I I
IntroducciIntroduccin (continuacin (continuacin)n)
Se busca la destrucciSe busca la destruccin de tn de trmica de los microorganismos yrmica de los microorganismos y
enzimas.enzimas.
Para la destrucciPara la destruccin tn trmica se requiere en el alimento de unrmica se requiere en el alimento de un
calentamiento y un enfriamiento adecuado posteriorcalentamiento y un enfriamiento adecuado posterior
El proceso induce cambios fEl proceso induce cambios fsicos, qusicos, qumicos y biolmicos y biolgicos los quegicos los que
influyen en la calidad final del productoinfluyen en la calidad final del producto
El tratamiento tEl tratamiento trmico es una parte de la operacirmico es una parte de la operacinn
(precalentamiento, sellado, enfriado, etiquetado, etc.)(precalentamiento, sellado, enfriado, etiquetado, etc.)
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Operac iones Uni ta r i as I I
3.1 Calculo de D, Z, y Fo3.1 Calculo de D, Z, y Fo
Destruccin trmica de los microorganismos (m.o.)
1921 Bigellow 1923 Ball, realizan los primeros estudios de destruccin de
los microorganismos por calor, desarrollando la teora de evaluacin del
procesado trmico con respecto a la muerte o inactivacin de los m.o.
(1946) Gillespy (1954) Jakoben (1973) Stumbo, determinaron que la
destruccin trmica de los microorganismos se pueden explicar segn un
proceso estadstico.
El concepto de esta teora es que los m.o. y sus esporas mueren a cualquier
temperatura, pero que cuando mayor sea esta, mayor ser la probabilidad deque tenga lugar la muerte.
La probabilidad de cada espora de escapar a la destruccin no cambia con
el tiempo y define la resistencia trmica de un determinado m.o. a una
temperatura concreta.
Operac iones Uni ta r i as I I
Calculo de DCalculo de D
DestrucciDestruccin tn trmica de los microorganismos (rmica de los microorganismos (m.om.o.).)
P: La probabilidad de escapar a la muerte por unidad de tiempo,P: La probabilidad de escapar a la muerte por unidad de tiempo, dede
un microorganismo expuesto a una temperatura determinada.un microorganismo expuesto a una temperatura determinada.
t: tiempot: tiempo
ParaPara tt unidades de tiempo, la probabilidad serunidades de tiempo, la probabilidad ser de Pde Ptt
1 < P < 01 < P < 0
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Operac iones Uni ta r i as I I Calculo de DCalculo de D
DestrucciDestruccin tn trmica de los microorganismos (rmica de los microorganismos (m.om.o.).)
N esporas iniciales de idntica resistencia trmica.
S nmero de supervivientes despus de idntica resistencia
trmica.
S = N x Pt
log S = log N + t log P
En la ecuacin logartmica, expresando en la ordenada log S, y
en la absisa t, la pendiente es: log P (negativa)
Operac iones Uni ta r i as I I
Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuacin)n)
CURVA DE DESTRUCCION TERMICA a 100C
y = -0,04x + 4,99
4,75
4,80
4,85
4,90
4,95
5,00
5,05
0 1 2 3 4 5 6
tiempo de proceso (m in)
LogS(nmerod
e
supervivientes)
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Operac iones Uni ta r i as I I
Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuacin)n)
Ejemplo: Si con un procesamiento trmico a100C se obtienen los siguientes datos:
4,8063095,735
4,8367608,294
4,8672443,5934,9079432,822
4,9589125,091
5,001000000
Log SUFCtiempo
(min)
Operac iones Uni ta r i as I I
3.201584.895
3.603981.074
4.00100003
4.3019952.622
4.6544668.351
5,001000000
Log SUFCtiempo
(min)
Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuacin)n)
110110CC 115115CC
005
0.301.99524
1.5031.6223
2.70501.1872
3.806309.571
5,001000000
Log SUFCtiempo
(min)
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Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuacin)n)
CURVA DE SUPERVIVENCIA MICROBIANA
y = -0,3557x + 5,0143
y = -1,1693x + 4,9998
y = -0,04x + 4,99
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
0 2 4 6Tiempo de proceso (min)
LogS(nmerodesupervivientes)
115C 110C 100C
Operac iones Uni ta r i as I I
Operac iones Uni ta r i as I I Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuacin)n)
VALOR D
Tiempo necesario para que la recta recorra un ciclo logartmico, es
decir, tiempo en minutos para reducirN en un 90%.
Se expresa generalmente en minutos y se conoce como tiempo de
reduccin decimal.
Si la pendiente de la recta log P = - (1/D)
log S = log N (t/D)
S = N . 10 t/D
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Calculo de D (continuaciCalculo de D (continuaci
n)n)
A mayor temperatura de proceso, menor es el valor de reduccin
decimal (D).
Se necesita menos tiempo para lograr la destruccin del 90% de los
microorganismos iniciales.
1.39725.05- 0.04100 C
0.4482.81- 0.355110 C
-0.0700.85- 1.17115 C
Log DD (min)Pendiente (log P)Temperatura
Operac iones Uni ta r i as I I
Operac iones Uni ta r i as I I
Curva de supervivenciaCurva de supervivencia
La muerte de los m.o. sometidos al efecto del calor hmedo sigue un
orden logartmico.
El inverso de la pendiente de la curva determina el tiempo necesario
para destruir el 90% de las clulas. Tiempo designado por la letra D
(tiempo reduccin decimal).
D es numricamente igual al numero de minutos que demora la curva en
atravesar un ciclo logartmico a temperatura constante.
D se escribe con subndice que indica la temperatura de referencia.
Ej.: D250 = valor D a 250F (121.1C)
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Operac iones Uni ta r i as I I
Curva T.D.T (Thermal Death Time)
Tiempo necesario para destruir por calentamiento a una temperatura
definida y bajo condiciones especficas todos los m.o. de una
suspensin bacteriana.
El T.D.T. a 250F se designa por F que es el tiempo necesario para
destruir por calentamiento a una temperatura de 250F bajo la
condiciones dadas.
120oC , 15 minutosEsporas de Clostridiumy Bacillussaprofitos
100oC , 5,5 horasEsporas del Clostridium botulinum
100oC , pocos minLa mayora de esporas de bacterias patgenas
60oC , 60 minStaphylococcus aureus, Enterococcus faecalis
65oC , 2 minBacilo tuberculoso
59oC , 20 minBacilo tuberculoso58
o
C , 30 minBacilo tuberculoso
80oC , 5-10 minLa mayora de clulas vegetativas, de bacterias, levaduras
y hongos
condicionesMicroorganismo
Operac iones Uni ta r i as I I
Ejemplos de condiciones de inactivacin total por calor hmedo
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Operac iones Uni ta r i as I I 3.2 Calculo de Z y F3.2 Calculo de Z y F
Al graficar en papel semilogartmico los tiempos de destruccin versus
temperatura en F y se traza una lnea recta que se ajuste entre los puntos
supervivencia y bajo los destruccin, se tiene la curva T.D.T
250
Tiempo (min)
Temperatura (F)
Fo
x
o
x
o
o
xx: supervivencia
o: destruccin
Operac iones Uni ta r i as I I Calculo de Z y F (continuaciCalculo de Z y F (continuacinn))
La pendiente de la curva T.D.T. determina el valorZ, que es el nmero de minutos
que demora la Curva T.D.T., en atravesar un ciclo logartmico.
Z representa el cambio de temperatura para aumentar 10 veces el T.D.T.
Fo representa T.D.T. a 250F, al elegir un C va a representar el T.D.T. a una
temperatura T.
Temperatura (F)
250
tiempo (min)
Fo
C
F
Z
Log C
Log F
T
-
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10
T
FCm
=
250
loglog
Calculo de Z y F (continuacin)Pendiente de la recta es igual a la tangente, pero en un grafico
semilogartmico, la pendiente es el inverso de la tangente. Entonces:
tangente = m Z
m1
=
Operac iones Uni ta r i as I I
T
FC
Z
=
250
loglog1
T
F
C
Z
=
250
log1
Z
T
F
C =
250log
Z
Tanti
F
C =
250log
Z
TantiF
i
=
250log
250
tiempo (min)
Temperatura (F)
Fo
C
F
Z
Log C
Log F
T
Operac iones Uni ta r i as I I
Estudio de Penetracin de Calor
La medida de variacin de temperatura en el punto de calentamiento
ms lento de un envase recibe el nombre de ensayo o estudio depenetracin
No todos los puntos se encuentran a la misma temperatura, existen
zonas calentamiento mas lentas. La zona recibe el nombre de PuntoFrodel envase.
Los productos que se calientan porconveccintienen el Punto Froubicado sobre el eje vertical y cerca del fondo.
En el calentamiento por conduccin el Punto Fro estar ubicado
aproximadamente en el centro geomtricodel recipiente.
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Operac iones Uni ta r i as I I
Determinacin de la curva de Penetracin de Calor
Se perforan 5 o 6 envases a diferentes alturas y se introducen las
termocuplas.
Para el calentamiento es necesario fijar previamente el tiempo de
elevacin de la temperatura Coming up time (CUT), de 6 10 min.
La temperatura se debe controlar a intervalos iguales
Alcanzada la temperatura del proceso, el calentamiento continua
hasta que las termocuplas alcancen la temperatura de calentamiento
o adquieran un valor constante.
En el enfriamiento la temperatura se controla hasta un valor
aproximado de 50C.
Operac iones Uni ta r i as I I
Forma de Graficar las curvas
Los datos de penetracin de calor se grafican en un papel
semilogartmico de tres ciclos con la escala invertida.
El tiempo en minutos se representa sobre la escala lineal y la
temperatura sobre la escala logaritmica.
La primera lnea horizontal, se numera desde la parte superior enun valor 1 F bajo la temperatura de calentamiento hasta completar
el primer ciclo.
En el segundo ciclo la numeracin disminuye de 10 en 10, mientras
en el tercero de 100 en 100.
A continuacin se dibuja la lnea que mejor se ajuste sobre los
puntos obtenidos, sin considerar el perodo inicial ni final de atraso
en el calentamiento.
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10 20 30 40 50 60 tiempo (min)0
238
237
236
235
234233232231230229
219
209
199
189179169159149139
39
Temperatura
(F)
0
39
Operac iones Uni ta r i as I I
Tipos de curvas
1. Lnea recta: es la mas comn y se presenta en la mayora de los
casos.
2. Curva quebrada: este efecto se presenta en productos como: sopas
espesas, maz en salmuera, etc.
Existen dos teoras:
Cambio del estado del producto en la solucin envasada, la que
pasara de estado slido (transmisin de calor por conveccin) a
estado gel (transmisin por conduccin).
La presencia de pequeas cantidades de aire en el autoclave, que
impediran la condensacin de vapor sobre el envase, el vapor no
desarrollara su calor latente.
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Operac iones Uni ta r i as I I
Determinacin de Factores fh y J
fh: pendiente de la curva de penetracin de calor y es numricamente igual al nmero de
minutos que demora la curva en atravesar un ciclo logartmico.
RT: (Retort temperature) temperatura del autoclave.
Ta: temperatura inicial terica. Se obtiene multiplicando el CUT por 0.58 y se proyecta hasta
intersectar la curva de penetracin de calor, obtenindose el cero corregido del proceso enla escala de temperatura.
JI : RT-Ta diferencia temperatura del proceso y la temperatura inicial terica.
IT : temperatura al minuto cero, en el punto fro.
I : RT-IT diferencia temperatura del proceso y la temperatura inicial.
J : JI/I relacin que establece la desuniformidad del calentamiento en la fase inicial.
Z : pendiente de la curva T.D.T. (Clostridium botulinium = 18).
g : RT- temperatura del producto final del proceso
Fo: tiempo en minutos requeridos para destruir una determinada cantidad de grmenes o
esporas a 250F (121.1C)
10 20 30 40 50 60 tiempo (min)0
238
237
236
235
234233232231230229
219
209
199
189179169159149139
39
T
emperatura
(F)
0
39
Lnea recta
fh = 25
6 (Cut) x 0.58 = 3,5 min3,5
TaTa
-
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10 20 30 40 50 60 tiempo (min)0
238
237
236
235
234233232231230229
219
209
199
189179169159149139
39
Temperatura
(F)
0
39
Curva quebrada
fh = 20
f2 = 55
gbh
Operac iones Uni ta r i as I I
Determinacin de la curva mas lenta
Se debe hacer un anlisis estadstico de cada curva (4 a 6), determinando la pendiente de cadacurva en un sistema lineal.
Y = m * X + b
Donde: X corresponde al tiempo (minutos)
Y = log (To T), To temperatura de proceso (RT) y T temperatura en cada instante.
Ejemplo:
To= 239F
Tiempo (min)(Variable X)
TemperaturaF
log (RTT)(Variable Y)
TemperaturaCorregida F
0 166.9
18 177.3
36 188.8
54 200.0
72 209.4
90 216.1
108 221.2
126 224.6
144 227.5
-
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Operac iones Uni ta r i as I I
Determinacin de la curva mas lenta
Tiempo (min)(Variable X
TemperaturaF
log (RTT)(Variable Y)
TemperaturaCorregida F
0 166.9 1.8579 *
18 177.3 1.7903
36 188.8 1.7007
54 200.0 1.5911
72 209.4 1.4713 *
90 216.1 1.3598
108 221.2 1.2504
126 224.6 1.1584
144 227.5 1.0607 *
m = - 0.0058 b = 1.8856
log (RT-T) = m *t + b
log (239-T) = -0.0058 * 0 + 1.8856
T = 239 - antilog 1.8856 T = 162.2F
Operac iones Uni ta r i as I I
Determinacin de la curva mas lenta
Si m = - 0.0058
fh = 1/ [m]
Tiempo (min)(Variable X
TemperaturaF
log (RTT)(Variable Y)
TemperaturaCorregida F
0 166.9 1.8579 162.2
18 177.3 1.7903
36 188.8 1.7007
54 200.0 1.5911
72 209.4 1.4713 209.6
90 216.1 1.3598
108 221.2 1.2504126 224.6 1.1584
144 227.5 1.0607 227.8
fh = 172.41
Se determina la mas lenta