i.- introducción - Universidad Nacional del Callao.

I.- INTRODUCCIÓN
La aplicación de algún tipo de tratamiento térmico a un alimento tiene como
finalidad la destrucción de la carga microbiana que ocasione el deterioro en su
calidad física, química o biológica, o que origine algún tipo de perjuicio en la
salud del consumidor.
Cada microrganismo tiene su propia resistencia al calor, y en función de dicha
potencial carga y a las características del alimento se aplica un determinado
tratamiento térmico; sin embargo, éste tiene que ser específico para así evitar
efectos negativos que puede ocasionarle alteraciones físico, químicas o
biológicas debido a un sobre tratamiento o permitir la sobrevivencia de alguna
forma de vida que ocasione problemas en la salud del consumidor, debido a un
sub tratamiento de calor.
Toda aplicación de un determinado tratamiento térmico es consecuencia del
conocimiento de un conjunto de factores, entre los que podemos citar a:

La termo resistencia de la carga microbiana nativa presente en el
alimento,

La naturaleza, estado, presentación y tipo de alimento,

El conocimiento de las propiedades asociadas a la conductividad del
calor, las alteraciones por calor, la velocidad de transmisión de calor,
etc.
El tratamiento térmico, ocasiona no solo la destrucción de los microrganismos o
la desnaturalización de sus enzimas, sino también la de sus componentes
nutricionales; sin embargo, tiene muchas ventajas entre las que citamos:
a) Permite controlar de forma muy exacta, la duración y la temperatura
aplicada al producto.
b) Permite la destrucción de componentes anti nutricionales, presentes en
el alimento; es decir, componentes del propio alimento que disminuyen
la disponibilidad de algunos de sus nutrientes.
El tratamiento térmico a alta temperatura, aplicado a los alimentos, se clasifica
en: escaldado, pasteurización y esterilización. El escaldado, se realiza con
1
vapor de agua o con agua caliente a una temperatura de 85 a 95 ºC por 3 o 5
minutos. Se aplica a frutas y verduras (termolábiles), y tiene como objetivo
facilitar procesos posteriores como los originados por la eliminación de gases
presentes en la estructura porosa del tejido vegetal que permite realizar un
adecuado vacío en una conserva, evitar la oxidación del producto, fijar la
pigmentación natural del alimento o eliminar las enzimas.
La pasteurización se aplica, especialmente, a alimentos termolábiles con
temperaturas que no sobrepasan los 100 ºC y con tiempos más prolongados
que en el escaldado. El objetivo principal de este proceso es la reducción de la
en fase vegetativa, productores de enfermedades o la destrucción o reducción
del número de organismos productores de alteraciones en ciertos alimentos,
como son los de acidez alta (con un pH menor de 4,6). En estos alimentos sólo
se desarrollan microrganismos que alteran el alimento pero no son patógenos
para el hombre.
La esterilización, es un proceso en donde se aplican temperaturas superiores a
100 °C, en el orden de los 115 a 121 ºC por tiempos variados y su objetivo es
la destrucción de todos los organismos viables que puedan ser contados por
una técnica de recuento o cultivo adecuados y sus esporas, así como los que
pueden deteriorar al alimento, proporcionando una vida útil superior a los 6
meses.
Existen
técnicas
de
esterilización
denominada
HTST
(High
Temperature Short Time), entre las cuales podemos indicar a la UHT
(Temperatura Ultra Alta).
La velocidad de penetración del calor en un alimento, influye en el tiempo de
tratamiento y se define como la cantidad de calor transferida por unidad de
tiempo. Las operaciones de proceso como el escaldado, la pasteurización y la
esterilización se basan en la transferencia de calor sensible.1
Los tratados de libre comercio con los Estados Unidos, Canadá, Comunidad
Económica Europea, China, que tiene el Perú o ad portas de ser firmados,
1
Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, vol. 1, 1999.
2
ocasiona que las empresas que exporten sus productos a los indicados países
tienen que necesariamente mejorar e implementar, en sus productos y
procesos, las herramientas que le garanticen su aceptabilidad.
Uno de los principales problemas a solucionar es la determinación de las
curvas de penetración de calor, para cada tipo de alimento que se exporte. Es
decir se tendrá que determinar y presentar la curva TDT (Thermal Death Time)
y su correspondiente Fo para cada producto.
Uno de los problemas comúnmente observados en las empresas dedicadas al
procesamiento de alimentos es la aplicación de temperatura y tiempos de
proceso iguales para diferentes alimentos que tienen como única similitud el
tamaño de sus envases. Sin embargo, ello no garantiza que el tratamiento
térmico al que fue procesado el alimento sea el apropiado considerando que
cada producto es diferente uno del otro debido a las características químicas
de ellos o a la utilización de diferentes líquidos de cobertura.
El problema planteado en la presente investigación es: ¿En que medida la
determinación de la curva de penetración de calor para alimentos, de baja
acidez y acidificados, sometidos a tratamientos térmicos de pasteurización y
esterilización, en base a su Fo determinado permitirá obtener un producto que
no tenga un sub ni sobre tratamiento térmico?
1.1.- OBJETIVO GENERAL
Determinar las curvas de penetración de calor en alimentos, de baja acidez y
acidificados,
sometidos
a
tratamientos
térmicos
de
pasteurización
y
esterilización, de manera que con su valor Fo determinado permita obtener un
producto que no tenga un sub ni sobre tratamiento térmico.
1.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Determinar la curva de penetración de calor en un alimento de baja
acidez, sometido a pasteurización, cuyo valor de Fo sea igual al
requerido por la normatividad vigente.
3
b) Establecer la curva de penetración de calor en un alimento de baja
acidez, sometido a esterilización, cuyo valor de Fo sea igual al requerido
por la normatividad vigente.
c) Precisar la curva de penetración de calor en un alimento acidificado,
sometido a esterilización, cuyo valor de Fo sea igual al requerido por la
normatividad vigente.
1.3.- IMPORTANCIA
El estudio sobre la determinación de la curva de penetración en alimentos es
importante:
a) Porque, permitió obtener las curvas de penetración de calor
diferenciadas para alimentos de baja acidez y acidificados, sometidos a
tratamientos térmicos de pasteurización y esterilización.
b) Porque, permitió obtener los valores de Fo para los alimentos de baja
acidez
y
acidificados,
sometidos
a
tratamientos
térmicos
de
pasteurización y esterilización.
c) Porque, las curvas de penetración de calor beneficiaran a:
a. El consumidor de alimentos procesados que tendrá la garantía
que los productos que compra e insume tienen la garantía de la
inocuidad y calidad nutricional de los mismos.
b. El empresario agroindustrial que tendrá el respaldo profesional y
técnico para la comercialización de sus productos.
c. Los profesionales en el procesamiento de alimentos que podrán
utilizar los valores de temperatura y tiempos para cada producto
de manera específica.
d) Porque, permitió diferenciar los tratamientos de conservación de
alimentos a temperaturas altas que se dan para cada tipo de alimento,
eliminando la generalización que ahora es tan utilizada.
1.4.- JUSTIFICACIÓN
Las razones que motivaron la realización del presente estudio son:
a) Porque, los tratamientos térmicos empleados, por las pequeñas y
medianas empresas agroindustriales, para la conservación de los
4
alimentos de baja acidez y acidificados, no garantizan que la
temperatura o tiempos de proceso sean los apropiados para garantizar
la calidad nutricional e inocuidad del producto.
b) Porque, existe contradicción entre los tiempos de tratamiento térmico y
las velocidades de penetración de calor, en alimentos de diferente
naturaleza o tipo.
c) Porque, se utilizan los mismos tratamientos térmicos en el proceso de
alimentos de baja acidez y acidificados, que tiene diferente presentación,
en su líquido de gobierno.
d) Porque los resultados que se obtengan del presente estudio permitirán
reorientar las políticas existentes, en el sector industrial, respecto al
procesamiento térmico de los alimentos de baja acidez y acidificados.
1.5.- ANTECEDENTES
El estudio de las curvas de penetración de calor se inicio en los primeros años
del siglo XX por investigadores que evaluaron a los microrganismos que
ocasionaban el deterioro y descomposición de los alimentos; entre ellos
podemos citar los trabajos de Bigelow (1920), que sirvieron de base para
desarrollar un método gráfico de calculo. Ball (1923), propuso un método
analítico que no requiere de procesos de experimentación. Posteriormente, los
trabajos de Stumbo, Olson y Steven permitieron el desarrollo de los procesos
de esterilización y de la cinética.
En la industria de los alimentos tratados térmicamente a temperaturas altas,
sea por pasteurización o esterilización, los estudios de penetración de calor se
realizan mediante tres (03) métodos:
a) El método de integración gráfica de Bigellow,
b) El método analítico de Ball, y
c) El método de Patashnik. 2
2
Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1, 1999.
5
II.- MARCO TEORICO
2.1.- El tratamiento térmico de los alimentos
El tratamiento térmico de alimentos a temperaturas altas es uno de los
procesos más efectivos para la conservación de alimentos y es el mas
ampliamente utilizado para atender la creciente demanda de alimentos a nivel
mundial.
El tratamiento térmico en la industria involucra el uso de altas temperaturas por
períodos de tiempo cortos, para asegurar la inocuidad del alimento; sin
embargo, las indicadas condiciones de proceso representan gastos excesivos
de energía y además pueden afectar negativamente la calidad nutricional y
sensorial de los productos procesados. Por ello, y con el objeto de reducir los
costos energéticos del proceso térmico y mejorar la calidad de los productos,
durante las dos últimas décadas del siglo XX y los primeros años del presente,
se han
incrementado los estudios sobre el análisis de los fenómenos de
transporte que se presentan durante el tratamiento térmico de los alimentos,
así como el desarrollo de sistemas de simulación de procesos que faciliten el
entendimiento del efecto de los variables sobre dichos fenómenos y la
efectividad del tratamiento.
Uno de los problemas fundamentales para analizar el fenómeno de
transferencia de calor en alimentos líquidos, semilíquidos o mezclas de sólidos
y líquidos, es el entendimiento de los fenómenos convectivos, de masa y calor,
que se presentan dentro del producto y que afectan de manera importante la
efectividad del proceso.
El calor puede ser clasificado en “calor húmedo” o “calor seco”, dependiendo
del medio utilizado para su transmisión, en el caso de que sea un gas como el
aire, se denomina “calor seco” y cuando el medio de transformación es el agua,
en forma de vapor, se dice que el calor es “húmedo”. La importancia de esta
clasificación radica, en que los efectos de cada tipo de calor en los
6
microorganismos son diferentes. En el caso de calor seco la destrucción del
microorganismo es debida a una oxidación de sus proteínas y en el calor
húmedo es debido a su coagulación. A un mismo nivel temperatura el daño
causado por el calor húmedo sobre los microorganismos, es mucho mayor que
el calor seco.
El tratamiento térmico de un alimento depende de:

La termo-resistencia de los microrganismos y enzimas presentes en el
alimento

La carga microbiana inicial que contenga el alimento antes de su
procesado

El pH del alimento

El estado físico del alimento.
El tratamiento térmico debe ser realizado de manera que permita la
comercialización del producto, sin peligro de que ocurra un deterioro por
microorganismos. Por otro lado, un tratamiento térmico no debe ser excesivo,
pues puede causar alteraciones físicas y pérdida importante del valor nutritivo
en el alimento.
Los principales objetivos de la aplicación de un tratamiento térmico a un
alimento son:

Destruir los microrganismos que puedan afectar a la salud del
consumidor

Destruir los microrganismos que puedan alterar el alimento

Inactivar alas enzimas presentes en el alimento, y

Optimizar la retención de factores de calidad a un costo mínimo
2.2.- Los mecanismos de transferencia de calor
Los principales tipos o mecanismos distintos de transferencia del calor son:
conducción, convección y radiación, de los cuales sólo el primero y el último son
7
realmente mecanismos puros. El segundo es consecuencia de la combinación de
los otros dos en el seno de fluidos en movimiento, implicando por esta razón el
transporte de materia además del de energía 3.
La velocidad de transmisión de calor mediante el mecanismo de conducción
obedece a la Ley de Fourier, que establece que el caudal de calor por unidad de
área es directamente proporcional al gradiente de temperatura a través de una
pared plana de un sólido cuyas caras se encuentran a distinta temperatura, por la
conductividad térmica del material.
La convección se presenta en alimentos fluidos, no pastosos, que no presentan
cambios importantes en viscosidad durante el tratamiento, y en general está
ligada a velocidades de calentamiento rápido y tiempos reducidos para elevar
la temperatura del producto4.
El mecanismo de transmisión del calor por radiación, se basa en la propiedad que
tienen los cuerpos de emitir ondas electromagnéticas desde su superficie en un
amplio intervalo de longitudes de onda.
Al incidir un determinado flujo de radiación (II) sobre un cuerpo, parte puede ser
reflejado (IR), parte puede ser transmitido a través de él (I T) y el resto puede ser
absorbido por el cuerpo (IA) y convertido en energía interna aumentando su
temperatura (TA)5.
Es necesario indicar, que para objetivizar mejor el estudio de la transmisión de calor
se separan los mecanismos de conducción, convección y de radiación; sin embargo,
en la industria los procesos de transmisión de calor se realizan en etapas
secuenciales o en paralelo, y frecuentemente se visualizan dos o tres mecanismos
de transmisión de manera simultánea o en paralelo. Así podemos observar en el
caso de un horno, la transmisión de calor se realiza:
a) Por convección: en la atmósfera gaseosa en el interior del horno,
b) Por radiación: entre la masa gaseosa del horno, el producto que se
3
Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1, 1999.
Rao y Anantheswaran Convective heat transfer to fluid in cans, Advances in Food Research, 1988, vol.
32, pp. 39-84.
5
Aguado Alonso, J. et al. Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol 1, 1999.
4
8
esta horneando y las paredes del propio horno,
c) Por conducción y convección: en el interior del producto que se
hornea,
d) Por conducción: entre la pared interna, los aislantes y la capa externa
del horno,
e) Por radiación: entre la pared exterior del horno y el medio ambiente, y
f) Por convección: en el aire exterior del horno.
La transferencia de calor se define como la transmisión de energía desde una
región a otra debido al gradiente térmico que existe entre ellas. Esta
transferencia es considerada una parte importante en la mayoría de los
procesos en la industria química y de alimentos. Como es bien sabido el calor
se transfiere por conducción, convección y radiación. Los dos primeros
mecanismos son los que participan fundamentalmente en la esterilización de
alimentos envasados6.
La transmisión por conducción se manifiesta como intercambio de energía
cinética entre moléculas, sin desplazamiento de las mismas, es decir existe
una movilidad de la energía calorífica de las moléculas, que tienen mayor nivel
energético, a otras con un nivel menor. Para el tratamiento térmico de
alimentos envasados, las moléculas con niveles energéticos elevados se
encuentran en contacto directo con las paredes del recipiente que contienen al
alimento; por ende, la energía se transmite desde el exterior hacia al centro del
envase.
En la transferencia por convección la energía se transmite por la combinación
de dos procesos: La transferencia de la energía acumulada, y por el
movimiento del alimento líquido que es promovido por la diferencia de
densidad existente entre dos masas con diferente gradiente térmico.
De acuerdo a lo anterior, y de manera general se puede afirmar que en los
6
Geankoplis, C. Procesos de transporte y operaciones unitarias, México: Editorial CECSA, 3era. edic.,
1998.
9
alimentos procesados térmicamente el calor se transfiere por una combinación
de conducción-convección, siendo el estado físico del alimento el que
determina el mecanismo de transferencia predominante durante el tratamiento
térmico. En alimentos sólidos, viscosos o semisólidos predomina la conducción;
pero en los alimentos líquidos o semilíquidos la transferencia es por
convección.
Existen alimentos que presentan una transmisión inicial por convección y
posteriormente, debido al incremento en la viscosidad del alimento, la
transmisión es por conducción, ello provoca la denominada curva de
penetración calor quebrada7.
Los microorganismos tienen una temperatura mínima, óptima y máxima de
crecimiento. Las temperaturas por debajo de la mínima usualmente tiene una
acción de “STASIS” o sea detienen el crecimiento microbiano, pero no
provocan la muerte celular. Las temperaturas por encima de la máxima
usualmente tienen una acción “CIDA” o sea provocan la muerte del
microorganismo por desnaturalización de enzimas y otras proteínas.
El uso de altas y bajas temperaturas está muy difundido y resulta muy efectivo
para
controlar
el
crecimiento
microbiano.
La
sensibilidad
de
los
microorganismos a las altas temperaturas varía con la especie y con el estado
en que se encuentren. Las esporas bacterianas son las estructuras vivas mas
termorresistentes. Resisten tratamientos térmicos más drásticos que las formas
vegetativas.
La destrucción de microrganismos por el calor puede representarse a una
cinética de primer orden, por la ecuación siguiente8:
N = No 10 – kt
De donde:
ln No/N = kt
o,
t = 1/k ln No/N
7
Lopez, A. A complete course in canning, vol I y II, Baltimore, M.D. USA: The canning trade, 1981.
Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos vol I y II, Zaragoza,
España: Editorial Acribia S.A., 1980.
8
10
o también
t = 2,303/k * log No/N
Donde:
No= Número inicial de microorganismos
N = Número de microorganismos después del tratamiento en “t”
minutos.
Si se analiza el ciclo vital de un microorganismo, que se representa en la figura
Nº 2.1 se deduce que la fase de latencia es aquella donde el microorganismo
se adapta a las condiciones del medio, luego se adaptarse a ella inicia su fase
de crecimiento logarítmico, hasta su saturación y alcanzar la fase estacionaria
en la que la población microbiana no se incrementa y después de un
determinado tiempo comienza a decrecer, en la fase de declive.
Figura Nº 2.1 Curva de crecimiento de microorganismos
Log N
(Número de
microorganismos)
Fase estacionaria
Fase de
declive
Fase de
latencia
Fase de crecimiento
Tiempo
Fuente: Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria, 2002
Durante el tratamiento térmico de alimentos, la población microbiana presente
en el alimento disminuye en función de la temperatura del producto, tal como
se indica en la figura Nº 2.2; si dichos valores se representan en coordenadas
semilogarítmicas se obtiene una línea recta, tal como se observa en la figura Nº
2.3. La pendiente de la línea recta está directamente relacionada con el tiempo
de reducción decimal D.
11
Figura Nº 2.2 Evolución típica de una población microbiana con el tiempo
120000
100000
Población microbiana
80000
60000
40000
20000
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Tiempo (minutos)
Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998
El tiempo de reducción decimal, D, es el tiempo necesario para reducir en un
90% la población microbiana. Cuando se representa la población microbiana en
coordenadas semilogarítmicas, el valor de D es el tiempo necesario para la
reducción de un orden logarítmico el número de microrganismos9.
En la práctica el valor D se expresa en minutos, segundos etc. Cada vez que
transcurra un tiempo “t” igual al de reducción decimal, la población se reducirá
a una décima parte. El valor D de las diferentes especies microbianas es
distinto, un valor D elevado es indicativo de una gran resistencia al calor (termo
resistencia)10.
La constante de resistencia térmica, o valor z, es un factor que describe la
resistencia térmica de las esporas bacterianas. Se define como la temperatura
necesaria para causar una disminución del 90% en el tiempo de reducción
décima D11.
9
Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998
Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc Graw-Hill/ Interamericana de
España S.A., 1era. ed. en español, 1999.
11
Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998
10
12
Representando los valores D obtenidos a diferentes temperaturas en
coordenadas semilogarítmicas, el valor de z representa el aumento de
temperatura necesario para cambiar un orden logarítmico el valor de D, tal
como se muestra en la Figura Nº 2.4.
El valor Z es el número de grados centígrados o Fahrenheit correspondiente al
paso de un ciclo logarítmico; es decir, los grados requeridos para reducir diez
veces el tiempo de destrucción térmica12.
Figura Nº 2.3 Representación del valor D
Población microbiana
100000
1000
D
1000
0
2
4
6
8
10
12
14
Tiempo (minutos)
Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998
En base a lo indicado, el valor Z puede expresarse mediante la siguiente
formula:
T2 – T1
Z =
LogDT1 – logDT2
12
Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc Graw-Hill/ Interamericana de
España S.A., 1era. ed. en español, 1999.
13
El tiempo de muerte térmica, o valor F, es el tiempo necesario para causar
una determinada reducción en la población de microorganismos o esporas.
Este tiempo puede expresarse como un múltiplo del valor de D13.
El valor F, es el tiempo necesario para reducir la población microbiana hasta
un valor pre establecido, que se fija mediante el orden de proceso a una
temperatura dada14.
El valor F es conceptualmente análogo al valor D, la diferencia esta dada por el
orden de proceso en cada caso, de allí que:
F = nD
Así tenemos, que para el caso del Clostridium botulinum, que tiene un Do =
0,21 minutos y un n = 12, el valor F será 0,21 x 12 = 2,52 minutos.
Una reducción del 99.99% en una población microbiana equivale a cuatro
reducciones de orden logarítmico, es decir F = 4D. En el procesado térmico de
alimentos perdurables, el valor típico de muerte térmica utilizados es F = 12D,
con el valor de D característico de Clostridium botulinum15.
Figura Nº 2.4 Representación gráfica del valor Z
Población microbiana
1000
100
z
10
118
120
122
124
126
128
130
132
Tiempo (minutos)
Fuente: Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998
13
Singh, R.P. and Heldman, D.R. Introducción a la ingeniería de los alimentos, 1998.
Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria, 2002.
15
Idem, 13.
14
14
En las ciencias de los alimentos es corriente expresar F con un subíndice que
denota la temperatura y un superíndice con el valor de z del microorganismo
considerado. Así tenemos:
z
F t es el tiempo de muerte térmica para una temperatura t, y una constante de
resistencia térmica z. Un término comúnmente utilizado como referencia es el
tiempo de muerte térmica F18250 en la escala Fahrenheit de temperaturas o
F10121 en la escala Celsius. Este tiempo de muerte térmica de referencia,
generalmente denominado F0, representa el tiempo necesario para lograr una
determinada reducción en la población de una espora microbiana con un valor
z de 10 ºC (ó 18 ºF) a 121.1 ºC (ó 250 ºF).
2.3.- Las curvas de penetración de calor
En la industria de los alimentos enlatados, esterilizados o pasteurizados, los
estudios de penetración de calor se realizan mediante tres métodos principales
que se indican:

El método de integración gráfica de Bigellow,

El método analítico de Ball, y

El método de Patashnik,16.
En el presente trabajo utilizaremos el Método General para determinaciones
de tiempo de proceso determinado por Bigelow; sin embargo no existe
información sobre la aplicación de este método para estudiar las curvas de
penetración de calor en una masa de panificación que tiene diferentes
contenidos de grasa, bajo la premisa que la grasa actúa como un retenedor o
bloqueador de la velocidad de penetración de calor en un alimento.
Las curvas de penetración del calor se denominan también como curvas TDT
(Termal Death Time), o “curvas tiempo – temperatura” o “curvas de
destrucción térmica” (Cheftel, 1980), y para medir ciertas características en
el calentamiento de los alimentos pueden usarse termómetros; sin embargo, el
16
Hersom, A.C. y Hulland, E.D. Conservas alimenticias, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A., 1989.
15
método más satisfactorio involucra el uso de termopares, que son equipos
formados por dos alambres de metales disimilares soldados, juntos, en uno de
sus extremos. Si los extremos de esos alambres son puestos a diferentes
temperaturas, se desarrolla un voltaje capaz de ser medido, el cual está
relacionado con la diferencia de temperatura entre los dos extremos o
empalmes del termopar. El otro extremo se conecta a un dispositivo de
medición adecuado denominado potenciómetro17.
Actualmente se están utilizando monitoreadores inalámbricos de temperatura
denominados “tracers” que permiten evaluar la distribución térmica en un
alimento. Los termopares pueden ser introducidos en el alimento, al interior de
los envases de vidrio o de las latas metálicas la conexión se realiza a la altura
deseada al lado del cuerpo de la lata por medio de un acople en la posición y
altura deseada. El punto de ubicación, dentro de la lata, se denomina “punto
térmico” o “punto frío”, es decir en punto en el interior del alimento donde con
mayor dificultad se alcanzará la temperatura de tratamiento.
Las temperaturas son registradas cada minuto manualmente, o si se usa un
potenciómetro registrador, los valores tiempo - temperatura serán graficados en
papel semilogarítmico, lo que da una línea recta con desviaciones menores
para la relación entre el tiempo y la temperatura.
Cada intervalo tiempo – temperatura durante el calentamiento y el enfriamiento
de los recipientes, tiene un efecto letal sobre los microorganismos, siempre que
las temperaturas están sobre el máximo para el crecimiento microbiano.
Correlacionando los efectos mortales de estas altas temperaturas con la
velocidad de calentamiento del alimento, el tiempo teóricamente requerido para
la destrucción de cualquier espora bacteriana presente, en el alimento, puede
ser calculado para cualquier temperatura dada.
17
Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos vol I y II, Zaragoza,
España: Editorial Acribia S.A., 1980.
16
Las proteínas de un alimento pueden verse alteradas durante el tratamiento
térmico al coagularse; las pérdidas de aminoácidos se deben a la reacción de
Maillard, Los aminoácidos mas susceptibles de degradarse son los que
contienen azufre en su estructura y la lisina. Los carbohidratos son los
constituyentes mas estables ante el calor, la gelatinización del almidón durante
el tratamiento favorece su digestibilidad.
Los lípidos, especialmente los insaturados son proclives a la oxidación, esto
se ve favorecido con las altas temperaturas; la oxidación de las grasas se
asocia a la pérdida de calidad que experimentan las proteínas y a la inhibición
de la actividad de las vitaminas liposolubles. Las vitaminas, mas sensibles al
calor son el ácido ascórbico y la tiamina; las vitaminas liposolubles son mas
estables al calor que las hidrosolubles, Los minerales, muestran una
apreciable estabilidad frente al calor18.
18
Rodriguez Solominos, F., Ingeniería de la industria alimentaria, 2002.
17
III.- MATERIALES Y MÉTODOS
3.1.- Equipos e instrumentos
Los equipos que el autor utilizó en las pruebas experimentales, son los
existentes en la planta piloto de procesamiento de alimentos del Centro
Experimental Tecnológico (CET), de la Universidad Nacional del Callao, y
fueron:
a) Autoclave vertical de acero inoxidable. tal como se muestra en el
apéndice Nº 1.
b) Mesa y accesorios de acero inoxidable.
c) Equipo
de
penetración
de
calor
DATATRACE
de
Mesa
Laboratorios, Inc. U.S.A. de conexión inalámbrica con dos (02)
sensores rígidos de 2” y dos (02) de 1”, interfase a PC y DTW
Software DTWIN V4.02, tal como se muestra en el apéndice Nº 2.
3.2.- Materia prima
Para la preparación de las conservas de mango, piña y espárragos se
utilizó:
a) Mango, piña y espárragos,
b) Sal
c) Ácido cítrico,
d) Azúcar blanca granulada y
e) Agua potable.
f) Frascos de vidrio
3.3.- Metodología
3.3.1.- Para la preparación de las conservas
El mango y la piña fueron lavadas, con agua fría y corriente, se les eliminó la
cáscara y se cortaron en cubos de 2 cm de arista aproximadamente, el mango
se envaso totalmente crudo y la piña fue sometida a proceso de escaldado
durante dos minutos a temperatura de 85°C.
18
Los espárragos, que estuvieron en refrigeración, fueron lavados con agua fría y
se cortaron en trozos de 9,50 cm de largo y luego fueron escaldados por dos
minutos a temperatura de 90 °C.
Paralelamente se preparo una solución azucarada al 25% y se ajusto a
pH=3,50, sometida a proceso de ebullición y se adicionó a los frascos que
contenían la fruta, a una temperatura de 95 °C.
Para las conservas de espárragos se preparó una solución salina al 3% y se
ajustó a pH=3,50, la solución fue sometida a proceso de ebullición y se
adicionó en caliente a temperatura de 90 °C.
3.3.2.- Para las mediciones del proceso
Para el desarrollo de las pruebas experimentales se procedió de la siguiente
manera:
a) Los sensores del DATATRACE fueron programados, uno a uno,
dándoles un código; para ello se utiliza el software instalado en la
PC y a través de la interfase del equipo.
b) Se introdujo, la terminal de cada uno de los sensores, en el
interior de los trozos de fruta y de los turiones, tal como se
observa en apéndice N° 03. Para las mediciones de las
temperaturas y tiempos de proceso, los frascos con los sensores,
se colocaron en diferentes niveles del autoclave, con la finalidad
de realizar lecturas y tener un valor promedio.
c) Las temperaturas de tratamiento térmico de esterilización, para
las conservas de piña y mango, fueron controladas por lectura en
el termómetro del autoclave a 121 ° C y las temperaturas de
pasteurización para los espárragos fueron de 100°C.
d) Concluido el proceso de tratamiento térmico, se retiraron los
sensores y se sometieron a limpieza eliminando los restos de
material orgánico adherido a cada uno de los sensores y evitar las
interferencias durante la lectura.
e) Se instaló, cada uno de los sensores, en la interfase conectada a
la PC y se procedió a realizar la lectura con la data y su posterior
grabación. La información colectada fue procesada por el
19
software y la data, coma la que presenta en el apéndice N° 6 fue
graficada, obteniéndose las curvas de penetración de calor como
las que se observan en los apéndices N° 4 y 5.
f) Se analizó la data obtenida mediante el análisis de varianza con
el 5% de significancia.
20
IV.- RESULTADOS
4.1.- De las curvas de tratamiento térmico promedio
4.1.1.- Para la conserva de mango
En la gráfica Nº 01 se muestran las curvas de penetración de calor en las
conservas de mango, de cinco de las pruebas realizadas, en donde se puede
observar que la temperatura máxima promedio en el interior de la fruta, de los
sensores utilizados, fue de 122,50 º C. con un Fo de 26,30 y un tiempo
promedio de 45,00 minutos.
Gráfica Nº 01: Curvas de penetración de calor en conservas de mango en envases de
vidrio sometidas a esterilización
Curvasdepenetraciónenconservasdemangoesterilizadas
130
120
110
100
90
°C
80
70
Prueba1
60
Prueba2
Prueba3
50
Prueba5
40
Prueba4
30
20
01/ 26/ 05 11: 56: 35
01/ 26/ 05 12: 13: 15
01/ 26/ 05 12: 29: 55
01/ 26/ 05 12: 46: 35
01/ 26/ 05 13: 03: 15
01/ 26/ 05 13: 19: 55
Tiempo
M3T13816-°C
M3T13942-°C
M3T14101-°C
M3T14103-°C
M3T14420-°C
Fuente: Elaboración propia
4.1.2.- Para la conserva de piña
En la gráfica Nº 02 se muestran las curvas de penetración de calor en las
conservas de piña, de cinco de las pruebas realizadas en donde se puede
observar que la temperatura máxima promedio en el interior de la fruta, de los
seis sensores utilizados, fue de 122,50º C, un Fo de 25,80 y el tiempo de 40,50
minutos.
21
Gráfica Nº 02: Curvas de penetración de calor en conservas de piña en envases de vidrio
sometidas a esterilización
Curvasdepenetraciónenconservasdepiñaesterilizadas
130
120
110
100
90
Prueba 6
80
°C
Prueba 4
Prueba 5
Prueba 2
70
Prueba 3
60
Prueba 1
50
40
30
20
01/ 26/ 05 11: 56: 35
01/ 26/ 05 12: 13: 15
01/ 26/ 05 12: 29: 55
01/ 26/ 05 12: 46: 35
01/ 26/ 05 13: 03: 15
01/ 26/ 05 13: 19: 55
Reading
M3P15119-°C
M3T13762-°C
M3T13801-°C
M3T13892-°C
M3T13941-°C
M3T14102-°C
Fuente: Elaboración propia
4.1.3.- Para la conserva de espárragos
En la gráfica Nº 03 se muestran las curvas de penetración de calor en las
conservas de espárragos de seis de las pruebas realizadas, en donde se
puede observar que la temperatura máxima promedio en el interior del
producto, de los seis sensores utilizados, fue de 100,20 ºC un Fo de 0,40 y el
tiempo de 71.7 minutos.
Gráfica Nº 03: Curvas de penetración de calor en conservas de espárrago en envases de
vidrio sometidas a pasteurización
Curvasdepenetraciònconservasdeespárragospasteurizados
110
100
90
80
70
°C
Prueba 3
Prueba 2
Prueba 1
60
50
Prueba 6
Prueba 4
40
Prueba 5
30
20
00: 16: 35
00: 33: 15
00: 49: 55
01: 06: 35
01: 23: 15
Tiempo
M 3T14786- °C
M 3T14786- °C
M 3T14790- °C
M 3T14790- °C
M 3T16461- °C
Fuente:
M 3T16480- °C
Elaboración propia
22
4.1.4.- Para la conserva de mango y de piña
En la gráfica Nº 04 se muestran las curvas de penetración de calor en las
conservas
de
mango
y
de
piña,
en
donde
se
puede
observar,
comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de la
fruta, fue de 122,50 para el mango y la piña, con tiempos de 45,00 minutos.
Gráfica Nº 04: Curvas de penetración de calor en conservas de mango y de piña en
envases de vidrio sometidas a esterilización
Curvasdepenetracióncomparativaconservasdemangoydepiñaesterilizadas
130
120
110
100
90
°C
80
Conserva de piña esterilizada
70
Conserva de mangoesterilizada
60
50
40
30
20
01/ 26/ 05 11: 56: 35
01/ 26/ 05 12: 13: 15
01/ 26/ 05 12: 29: 55
01/ 26/ 05 12: 46: 35
01/ 26/ 05 13: 03: 15
01/ 26/ 05 13: 19: 55
Tiempo
M3T14101-°C
M3T14102-°C
Fuente: Elaboración propia
4.1.5.- Para la conserva de piña y espárrago
En la gráfica Nº 05 se muestran las curvas de penetración de calor en las
conservas de piña y de espárrago, en donde se puede observar,
comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de los
frutos, fue 122,50 °C y el tiempo de 43,00 minutos, para la conserva de piña y
de 100.30°C y tiempo de 100,20 °C para la conserva de espárrago.
23
Gráfica Nº 05: Curvas de penetración de calor en conservas de piña en envase de vidrio
sometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de vidrio sometidas a
pasteurización
Curvadepenetracióncom
parativaconservasdepiñaesterilizadaydeespárragopasteurizada
130
120
110
C
onservadeespárragopasteurizada
100
90
°C
80
C
onservadepiñaesterilizada
70
60
50
40
30
20
00: 16: 35
00: 33: 15
00: 49: 55
01: 06: 35
01: 23: 15
01: 39: 55
Tiempo
M3T14102-°C
M3T16480-°C
Fuente: Elaboración propia
4.1.6.- Para la conserva de mango y espárrago
En la gráfica Nº 06 se muestran las curvas de penetración de calor en las
conservas de mango y de espárrago, en donde se puede observar,
comparativamente, que la temperatura máxima promedio en el interior de los
frutos fue de 122,50 °C para el mango y 100,20 °C para el espárrago.
24
Gráfica Nº 06: Curvas de penetración de calor en conservas de mango en envase de
vidrio sometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de vidrio
sometidas a pasteurización
C
urvadepenetraciòncom
parativaconservasdem
angoesterilizadoyespárragopasteurizado
130
120
110
C
onservadeespárragopasterurizado
100
90
°C
80
C
onservadem
angoesterilizado
70
60
50
40
30
20
00: 16: 35
00: 33: 15
00: 49: 55
01: 06: 35
01: 23: 15
01: 39: 55
Tiempo
M3T14101-°C
M3T14786-°C
Fuente: Elaboración propia
4.1.7.- Para la conserva de piña, mango, y espárrago
En la gráfica Nº 07 se muestran las curvas de penetración de calor en las
conservas de piña, de mango y de espárrago, comparativamente en donde se
puede observar que la temperatura máxima promedio en el interior del producto
fue de 122,50 para las conservas de piña y de mango, y de 100,20 °C y de
100,20 °C para los espárragos.
25
Gráfica Nº 07: Curvas de penetración de calor en conservas de piña y de mango en
envase de vidrio sometida a esterilización y conservas de espárrago en envases de
vidrio sometidas a pasteurización
Curvasdepenetracióndecalorconservasdepiñaymangoesterilizadasyconservasdeespárragopasteurizada
130
120
110
C
onservadeespárragopasteruizado
100
90
C
onservadepiñaesterilizada
°C
80
70
C
onservademangoesterilizado
60
50
40
30
20
00: 16: 35
00: 33: 15
00: 49: 55
01: 06: 35
01: 23: 15
01: 39: 55
Tiempo
Fuente: Elaboración propia
M3T14101-°C
M3T14102-°C
M3T16480-°C
Fuente: Elaboración propia
26
V.- DISCUSIÓN
En la gráfica N° 01 se observa que los perfiles de las curvas de penetración de calor
en las cinco pruebas de conserva de mango muestran un perfil similar determinándose
que no existe diferencia entre ellas al 5,00% de significancia. Las variaciones
observables se visualizan en la primera etapa de la fase de calentamiento y de la fase
de enfriamiento.
El mismo comportamiento se observa en las seis curvas de penetración de calor para
las conservas de piña, donde no existe diferencia significativa al 5,00% de
significancia, principalmente en la fase estacionaria del tratamiento térmico. Los datos
obtenidos en la gráfica N° 02 muestran pequeñas diferencias en la fase de
calentamiento y con mayor variación en la primera etapa de la fase de enfriamiento.
Este comportamiento en la diferencia de los perfiles de enfriamiento, en las curvas de
penetración de calor para las conservas de mango y de piña, aparentemente coinciden
con la ubicación que dichos envase tuvieron en el interior del autoclave, pues las que
se encontraban cerca de los puntos de alimentación del agua de enfriamiento,
muestran un descenso en la temperatura mas pronunciado que las que encontraban
ubicadas mas alejadas de dichos puntos.
Las curvas de penetración del calor en las conservas de espárragos, presentan dos
grupos de perfiles: las pruebas 3, 4, 5, y 6 muestran perfiles similares cuya data no
evidencia diferencia significativa al 1,00 y 5,00% de significancia. Este comportamiento
es relativamente diferente a los perfiles de las pruebas 1 y 2, entre las cuales tampoco
existen diferencias al 1,00 y 5,00% de significancia. Las variaciones observadas, entre
ambos grupos de pruebas, se dan en el rápido proceso de calentamiento y en
alargamiento de los tiempos de inicio de enfriamiento, aunque las pendientes son
similares.
Las diferencias observadas, entre dichos grupos de pruebas, posiblemente se deba a
que los frascos de conserva de las pruebas que muestran un pronunciado
calentamiento y un relativo retardado enfriamiento (pruebas 1 y 2), se encontraban
cerca del punto de alimentación del vapor y alga mas alejadas del punto de ingreso de
agua de enfriamiento.
Un hecho destacable de los perfiles en las seis pruebas es que muestran pendientes
similares en las tres fases del tratamiento: calentamiento, estacionaria y enfriamiento,
lo que ratificaría lo indicado por diversos autores referente a que la velocidad de
transmisión del calor en un alimento es la similar en productos que tienen similar
27
composición química, naturaleza y presentación, tanto en la materia prima como en el
líquido de gobierno utilizado.
Si se comparan las gráficas de proceso, a la misma temperatura, entre las conservas
de mango y de piña que se presentan en la gráfica N° 4, se observa que las
diferencias entre ellas se dan en la fase de calentamiento y de enfriamiento. Las
conservas de piña se calientan mas rápidamente que las de mango, lo cual podría
explicarse en la composición mas acuosa de la piña lo que facilitaría la transmisión del
calor en el interior de ella; sin embargo, en la fase de enfriamiento sucede todo lo
contrario, pues siguiendo el mismo fundamento anterior debería ser la piña la que se
enfríe con mayor rapidez, pero la conserva que se enfría mas rápido es la conserva de
mango. Sería conveniente, realizar algunas pruebas adicionales y estudio especifico
de este caso.
Comparando las curvas de penetración entre las conservas de piña y de mango
tratadas a una temperatura de 121 °C y las conservas de espárrago tratadas a la
temperatura de 100 °C, que se visualizan en las gráficas N° 5, 6 y 7, observamos que
la velocidad de penetración de calor, objetivizada en las pendientes de calentamiento
de las conservas indicadas, es mas pronunciada en las dos primeras, obviamente
debido a la mayor temperatura de procesamiento; sin embargo, los tiempos en los
que alcanzan la temperatura de tratamiento (fase estacionaria) son similares e iguales
a 23 minutos.
Los tiempos de tratamiento a la, temperatura de procesamiento, 121 °C para las
conservas de mango y de piña fueron de 20 minutos y 15 segundos; en tanto que para
las conservas de espárrago fue de 30 minutos con 10 segundos.
El valor de Fo para las conservas de piña esterilizadas fue de 26,3; para las conservas
esterilizadas de mango fue de 25,8 y de 0,60 para los espárragos pasteurizados.
En conclusión podemos mencionar que:
 Las conservas de piña y de mango envasadas en frascos de vidrio en solución
azucarada al 25,00% y tratadas a 121 °C presentan curvas de penetración de
calor con perfiles similares y datos de temperatura y tiempo que no tiene
diferencia al 5,00% de significancia.
28
 Las conservas de espárrago envasadas en frascos de vidrio en solución salina
al 3,00% y tratadas a 100 °C presentan curvas de penetración de calor con
perfiles similares y datos de temperatura y tiempo que no tiene diferencia al
1,00 y 5,00% de significancia.

Las curvas de calentamiento y de enfriamiento, para las conservas de mango y
piña, muestran pequeñas diferencias en sus valores de temperatura pero
mantienen la misma tendencia y similares pendientes.

Los tiempos de tratamiento a temperatura constante de 121 °C en las
conservas de mango y de piña son de 20 minutos con 15 segundos, y para las
conservas de espárrago a temperatura de 100 °C es de 30 minutos con 10
segundos.

Los valores de Fo para las conservas de mango y de piña esterilizadas fueron
de 25,8 y 26,3 respectivamente y de 0,60 para los espárragos pasteurizados.
29
VI.- REFERENCIALES
1. Aguado Alonso, J., et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, volumen I
Conceptos básicos, Madrid, España: Editorial Síntesis S.A., 1999.
2. Aguado Alonso, J., et al. Ingeniería de la Industria alimentaria, volumen III
Conservación de alimentos, Madrid, España: Editorial Síntesis, 1999.
3. Bourgeois, C.M.; Mescle, J.F. y Zucca, J. Microbiología alimentaria, volumen I:
Aspectos microbiológicos de la seguridad y calidad alimentaria, Zaragoza,
España: Editorial Acribia, 1era. Edición en español, 1994.
4. Casp, A. y Abril, J. Proceso de concentración de alimentos, Madrid, España:
Editorial Mundi-Prensa, 1999.
5. Charley, H. Tecnología de alimentos. Procesos químicos y físicos en la
preparación de alimentos, México: Ed. Limusa S.A de C.V., 11ava reimpresión,
2004.
6. Cheftel, J.C., y Cheftel, H.. Introducción a la bioquímica y tecnología de
alimentos vol I y II, Zaragoza, España: Editorial Acribia S.A., 1980.
7. Desrosier, N., Elementos de tecnología de alimentos, México: Editorial CECSA,
Avi Publishing Company, 1984.
8. Desrosier, N.W. Conservación de alimentos, México: Editorial CECSA,
Trigésima reimpresión, 2004.
9. Geankoplis, C. Procesos de transporte y operaciones unitarias, México:
Editorial CECSA, 3era. edic., 1998.
10. Gutiérrez Pulido, H. y De la Vara Salazar, R. Control estadístico de calidad y
seis sigma, México: Edit. McGraw-Hill, Interamericana, 2004.
11. Hersom, A.C. y Hulland, E.D. Conservas alimenticias, Zaragoza, España:
Editorial Acribia S.A., 1989.
12. Larrañaga Coll, I., et al. Control e higiene de los alimentos, España: Mc GrawHill/ Interamericana de España S.A., 1era. ed. en español, 1999.
13. Lopez, A. A complete course in canning, vol I y II, Baltimore, M.D. USA: The
canning trade, 1981.
14. Mafart, P. Ingeniería industrial alimentaria, volumen I: Procesos físicos de
conservación, Zaragoza, España: Editorial Acribia, 1994.
15. Prat Bartés, A. et al. Métodos estadísticos, control y mejora de la calidad,
México: Alfaomega grupo editor S.A. de C.V., 2000.
16. Rao, M.A. y Anantheswaran, R.C. Convective heat transfer to fluid in cans,
Advances in Food Research, 1988, vol. 32, pp. 39-84.
30
17. Rodríguez Somolinos. Ingeniería de la industria alimentaria vol. III Operaciones
de conservación de alimentos, Madrid, España: Editorial Síntesis S.A., 2002.
18. Singh, R.P. and Heldman, D.R., Introducción a la ingeniería de los alimentos,
Zaragoza, España: Editorial Acribia, 1998.
31
VII.-
APÉNDICES
Apéndice Nº 1
: Autoclave vertical
Apéndice Nº 2
: Equipo DATATRACE para medir la penetración del calor.
Apéndice Nº 3
: Sensores e instalación en frascos de conservas.
Apéndice Nº 4
: Curva de penetración en conserva de piña esterilizada.
Apéndice Nº 5
: Curva de penetración en conserva de mango esterilizada
Apéndice Nº 6
: Datos de valores de tiempo, temperatura y Fo de las curvas de
penetración en conservas de mango esterilizado
32