Determinacin del tiempo de Ball-Stumbo en conserva de pia

Alvares S. Carlos1, Arias R. Natalia2, Corral L. Felipe3, Rialpe L. Carlos4, Rosero C. Gilver51411503, caaalvarezso@unal.edu.co 2411506, naariasr@unal.edu.co 3411509, afcorrall@unal.edu.co 4411538, carialpel@unal.edu.co 5411542, groseroc@unal.edu.co Programa de Ingeniera Agroindustrial, Departamento de Ingeniera, Facultad de Ingeniera y Administracin,Universidad Nacional de ColombiaResumen La aplicacin de un tratamiento trmico a un alimento, es con el fin de proporcionar a ste las condiciones de calentamiento y enfriamiento que minimicen en lo posible los procesos de degradacin de nutrientes y factores de calidad organolpticos, para obtener un producto microbiolgicamente seguro y organolpticamente estable. Estos atributos de calidad, son de vital importancia en la decisin para su consumo. El objetivo de este trabajo es determinar el tiempo de procesamiento de Ball (B) utilizando el mtodo de Ball-Stumbo para una conserva de pia cuyo pH promedio es 4,0, por lo cual se utiliza como referencia para la cuantificacin los tratamientos de esterilizacin el esporulado Bacillus coagulans mediante dos ensayos, es sometida a tratamiento trmico con temperaturas mximas de (98,3 y 96,9 C), los tiempos de Ball-Stumbo fueron 27,66 y 22,34 minutos, U=22,46 y 16,27 minutos, g=0,00083 y 0,02234C para los ensayos 1 y 2 respectivamente. Las propiedades fisicoqumicas despus de los efectos de coccin en cuanto a pH permanecieron constantes, se observ una disminucin del % de cido ctrico, aumento de los grados Brix, la calidad visual del color amarillo tratado trmicamente probablemente podra ser determinado utilizando el valor de b. Se observaron evidentemente afectadas las coordenadas de color (L* y b*).Palabras clave: pH, Tratamiento trmico, Ball-Stumbo.Pgina | 9

1. Introduccin

La pia es una rica fuente de micronutrientes y antioxidantes como la vitamina C, polifenoles, flavonoides y fotoqumicos. Adems contiene cantidad suficiente de minerales especialmente potasio y calcio (Chakraborty, Rao, & Mishra, 2015)1. sta fruta tropical se puede consumir en fresco as como de forma procesada. Entre los productos procesados tenemos mermelada, nctar, refrescos y conservas. stos ltimos requieren de un proceso trmico para que puedan alcanzar la esterilidad comercial. La esterilidad del producto requiere de un tratamiento trmico adecuado. Por otra parte, esto afecta en la calidad del producto, tales como la perdida excesiva de textura, cambios no deseados en el color, perdida de sabor y detrimento nutricional (Rejano, Snchez, Montao, Casado, & de Castro, 2007)2. A fin de equilibrar estos factores, es importante conocer la rapidez de calentamiento en la conserva de modo que sea posible lograr el tratamiento con calor sin que haya sobreprocesamiento. Uno de los factores principales que afecta la esterilidad de los alimentos envasados es la presencia de Clostridium. botulinum una bacteria anaerobia estricta, Gran-positiva que es capaz de formar endoesporas que son altamente resistentes a condiciones ambientales extremas, pH>4,5. Esta bacteria produce la toxina biolgica ms potente conocida por el hombre, la neurotoxina botulnica. La intoxicacin con neurotoxina botulnica causa una enfermedad neuroparaltica severa, conocida como botulismo, que puede resultar en la muerte. En 1999-2000, se registraron ms de 2.500 casos de botulismo alimentario en Europa, donde la preparacin de conservas vegetales caseras fueron atribuidos a la mayora de los casos de botulismo (Dahlsten, Lindstr, & Korkeala, 2014)3. Mientras que a pH 4-4,5 el Bacillus coagulans es un bacilo Gram positivo, anaerobio facultativo y termfilo, causante en conservas vegetales de acidez media y baja de la alteracin denominada "agriado plano" o "fermentacin simple", que consiste en el ataque de los carbohidratos con produccin de cido sin produccin de gas; y sus esporas muestran una resistencia alta a agentes qumicos y fsicos.4

Una forma de reducir las enfermedades trasmitidas por alimentos es someterlos a un proceso trmico ya que es la principal tcnica de esterilizacin y conservacin, lo cual garantiza la calidad final del producto en trminos de la salud del consumidor. La esterilizacin trmica de los alimentos enlatados ha sido una de las tcnicas de conservacin ms utilizada en los ltimos 200 aos (Minim, Coimbra, & Minim, 2005)5. Para estimar el grado de esterilizacin en un alimento enlatado necesitamos mtodos que permitan la prediccin de la temperatura en el centro del alimento. Los primeros mtodos diseados para la prediccin de la temperatura de los alimentos durante el procesamiento trmico se basaron en el uso de frmulas empricas para describir con exactitud la curva de penetracin de calor (Ball & Olson, 1957; Hayakawa, 1970). La gran ventaja de estos mtodos empricos es su simplicidad y amplia aplicabilidad, el cual depende del modo de trasferencia de calor implicado. Hoy estos mtodos son aun ampliamente aplicados para el diseo y evaluacin de procesos trmicos (Noronha, Hendrickx, Van Loey, & Tobback, 1995)6.

Por tanto el objetivo del presente trabajo es establecer los parmetros que se requieren para el diseo adecuado del tratamiento trmico para la conserva de pia desarrollando la curva de penetracin de calor para determinar el tiempo terico de esterilizacin por el mtodo de Ball-Stumbo y determinar los cambios en las propiedades fisicoqumicas despus del tratamiento trmico.

2. Materiales y Mtodos

2.1 Preparacin del material vegetal

Pia (Ananas comosus) con el mismo grado de madurez obtenida en un plaza de mercado en el municipio de Palmira (Valle del Cauca). El material biolgico se llev al Laboratorio de Tecnologa de Frutas y Hortalizas de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Palmira, donde la fruta fresca se someti a operaciones preliminares de seleccin, lavado (con agua potable), desinfeccin (con hipoclorito 50ppm durante 10 minutos), y clasificacin. La muestra se pel, troce para reducir su tamao (cubos) sin corazn para distribuirse en un tipo de envasado ordinario (con un medio de cobertura lquido) jarabe diluido de 16 Brix. (CODEX STAN 42-1981)7.

2.2 Tratamiento trmico y Anlisis estadstico

La influencia de la temperatura las propiedades fisicoqumicas (pH, acidez titulable, Brix, color) se tomaron en fruta fresca y producto terminado. Durante el tratamiento trmico se tomaron datos de temperatura del medio y temperatura del producto en el mismo intervalo de tiempo, utilizando una termocupla. El experimento fue realizado por duplicado.

2.3 Propiedades Fisicoqumicas

La determinacin de pH, la acidez titulable y slidos solubles fueron realizadas de acuerdo a Norma Tcnica Colombiana 4592, 4623 y 4624 respectivamente.

Determinacin de pH

Se calibra el potencimetro utilizando dos soluciones buffer. Una de las soluciones buffer debe de tener un pH cercano al cero elctrico y la otra solucin buffer debe ser lo ms prxima posible al de la solucin a determinar. La temperatura de las dos solucin buffer debe ser lo ms prxima posible a 20 2. Se toma una muestra representativa del producto y se macera en un homogeneizador o en un mortero; si el producto obtenido an es muy espeso, se le aade agua destilada en una proporcin de 1:10 y si es necesario se mezcla bien con un homogeneizador. Seguido se toma como porcin de ensayo un volumen de muestra que sea suficiente para sumergir el electrodo y a continuacin se procede a registrar el dato de pH mostrado en la pantalla del equipo (Icontec, 1999a)8.

Determinacin de solidos solubles Se calibra el refractmetro utilizando agua des-ionizada. Una vez ya calibrado se toma una muestra representativa del producto y se mezcla bien. Se coloca una pequea cantidad de muestra sobre el prisma inferior del refractmetro. Se comprueba que la muestra cubre de manera uniforme la superficie del cristal. Se esperar a que la muestra alcance el equilibrio trmico (30 segundos aproximadamente) y se registra el dato de Brix mostrado en la pantalla del equipo. Es importante que durante la medicin se mantenga constante la temperatura (Icontec, 1999c)8.

Figura 1: Procedimiento general para la obtencin de Pia en conserva

Determinacin de la acidez titulable

Una vez calibrado el potencimetro se toma una muestra representativa previamente homogenizada. Se toma por medio de una pipeta 25 ml y se vierte en un baln volumtrico de 250 ml. Se completa hasta el enrase con agua destilada y se mezcla bien. Se toma mediante una pipeta 25 ml de la muestra y se vierten en un beaker con agitacin magntica y se aade rpidamente mediante la bureta la solucin de hidrxido de sodio a 0.1mol, hasta un pH aproximado a 70,2 y despus lentamente hasta un pH de 8,10,2, obteniendo ml de NaOH, se reemplaza en la Ecuacin 1 y se obtiene el porcentaje de cido ctrico (Icontec, 1999b)8

(1)

2.4 Determinacin de color

Las muestras de pulpa de pia fresca y al producto terminado se sometieron a las mediciones de color de acuerdo al parmetro instrumental del sistema CIELAB obteniendo los valores de L* (luminosidad), a* (componentes rojo-verde) y b* (componentes amarillo-azul) en el colormetro (Knica Minolta, Modelo: CR 400, Osaka, Japn), utilizando iluminante D65 (8 mm rea de medicin de dimetro) y un observador 2 en una habitacin con luz controlada. El instrumento fue calibrado antes de los experimentos con un plato de cermica blanca (Y = 89,5; x = 0,3176; y = 0,3347). (Fiorda, Soares, da Silva, de Moura, & Grossmann, 2015)10.

2.5 Cintica de penetracin de calor

Para determinar la cintica de penetracin de calor, la cual est dada por el valor de fh y jh se debe aplicar la siguiente ecuacin:

(2)

t = Tiempo (min)T = Temperatura en el punto fro de alimento en el tiempo t (C)T = Temperatura de proceso del autoclave o retorta (C)To = Temperatura inicial del punto ms fro del enlatado. (C)fh = Tiempo necesario para que la curva de penetracin atraviese un ciclo. Se llama parmetro de respuesta de temperatura en la curva de calentamiento (min).jh = Es razn de dos diferencias una aparente y otra real (min).

De esta ecuacin lineal (Ecuacin 2) se puede obtener los valores de fh y jh, graficando los valores del logaritmo de las relaciones de temperatura y el tiempo (Sharma, Mulvaney y Rizvi, 2003)

Con las ecuaciones (3) y (4) se despejan las variable jh y fh:

(3)

(4)

Figura 2: Trminos utilizados por Ball en su mtodo de clculo

Mtodo de BallStumbo.

(5)

Donde Tr: Temperatura de ReferenciaTp: Temperatura de Proceso (constante)

Ecuacin de Ball-Stumbo:

(6)

Cintica de destruccin de microorganismos.

Los datos encontrados en la literatura de los parmetros cinticos de inactivacin para el Bacillus coagulans, son los siguientes: (Fuente).

Anlisis estadstico

El anlisis estadstico se efectu por comparacin de medias, obtenidas de dos repeticiones de cada factor, en una prueba de anlisis de varianza (ANOVA) para muestras independientes, con un intervalo de confianza del 95% en el software estadstico SAS, versin 9.3.

3. Resultados y Discusin Propiedades Fisicoqumicas

La tabla 1, muestra los datos de las pruebas fisicoqumicas de la pia fresa, mientras la tabla 2 muestra los datos obtenidos despus del tratamiento trmico.

Tabla 1: Pruebas fisicoqumicas de la Pia frescaEnsayopH% cido CtricoBrix

13,950,468,40

24,010,228,60

Promedio3,980,348,50

Desviacin0,050,170,14

Tabla 2: Pruebas fisicoqumicas de la Pia procesadaEnsayopH% cido CtricoBrix

14,260,2213,95

23,900,1613,75

Promedio4,080,1913,85

Desviacin0,250,040,14

Los valores de pH en las muestras frescas y procesadas dentro del dominio variaron entre 3,95 y 4,01 para muestras frescas, y 4,26 y 3,9 para muestra procesada (tabla 1 y 2), llevando a cabo el anlisis estadstico ANOVA se observa que no se encuentran diferencias significativas (p > 0,05) entre estos valores. Lo reportado concuerda con los autores Chakraborty, Srinivasa & Niwas (2015)12, con los cuales se confirma que la variable pH no sufre cambios significativos.El tratamiento trmico redujo la acidez en la pia en un 44,11%, esto puede estar relacionado a la degradacin de cido ascrbico por acto de las elevadas temperaturas y tiempos de proceso. Respecto a los los grados Brix en fresco de las muestras reportaron un valor promedio de 8,5 Brix; segn lo reportado por Garca et al; (2013)13 donde evalu los SST de la pia reportando 14 Brix, se puede observar que los grados Brix que se obtuvieron durante el proceso de conserva estn por debajo de lo que reporta la literatura, pero se debe mencionar que la pia con la cual se trabaj no tena el grado de madurez de cosecha. Al comparar la tabla 1 y 2 se puede observar que los grados Brix despus del tratamiento tuvieron un aumento significativo esto debido a la concentracin de azucares lo cual difiere a lo reportado por Chakraborty, Srinivasa & Niwas (2015)14.

La tabla 3 muestra las coordenadas de las pruebas de color para la pia fresca y la tabla 4 las coordenadas de color de la pia procesada.Tabla 3: Coordenadas de color de Pia FrescaEnsayoCoordenadas de Color Pia Fresca

Lab

172,46-1,9919,11

276,31-2,1115,94

Promedio74,38-2,0517,53

Desviacin2,720,082,24

Tabla 4: Coordenadas de color de la Pia procesadaEnsayoCoordenadas de Color Pia Procesada

Lab

147,15-2,218,16

248,05-2,3111,32

Promedio47,60-2,269,74

Desviacin0,640,072,23

Como se muestra en la tabla 3 y 4, durante el tratamiento trmico de esterilizacin para la conserva de pia el valor b* (amarillo-azul) se afect significativamente al igual que el valor L* (luminosidad), por otra parte el componente a*(rojo-verde) no se vio afectado, lo anterior obedece a la degradacin de los pigmentos los cuales son compuestos termolbiles que al ser alterados por los tratamientos trmicos causaron el cambio de color en las conservas de pia, la cual resulto ms oscura, est comportamiento coincide a lo reportado por Rattanathanalerk et al.,(2005)11.

Balance de Materia

Se obtuvieron 13 latas, cada una con un porcentaje de fruta del 60% y almbar del 40%, para preparar el almbar se tuvo en cuenta un porcentaje de azcar del 30% y de agua del 70% segn la norma (Codex-Stan 42-1981).

Figura 3: Balance de materia obtencin de pia enlatada. Ensayo 1

Tabla 5: Logaritmo de las relaciones de temperatura y tiempo del tratamiento trmico de la muestra 1.

Tiempo (min)Temperatura Autoclave T (C)Temperatura Producto T(C)

094,046,70,00000

395,278,5-0,46303

696,791,4-0,97469

996,795,1-1,49485

1296,996,5-2,09864

Grfica 1: Relaciones de temperatura y tiempo del tratamiento trmico de la muestra 1.

Grfica 2: Logaritmo de las relaciones de temperatura y tiempo del tratamiento trmico de la muestra 1.

Utilizando la Ecuacin lineal (2) y la ecuacin (7) linealizada de la grfica 2, ambas tienen comportamiento y=mx+b, y se despejan las variables jh y fh se calculan mediante las ecuaciones (3) y (4) respectivamente.

(7)

Intercepto (b)0,0396

Pendiente (m)-0,1743

Fuente F referenciaUtilizando la Ecuacin (5) y F referencia de B. coagulans se calcula U:

El valor de g se encuentra en las tablas de Stumbo. (Orrego, 2003).

Reemplazando los valores en la ecuacin (6) se obtiene el valor del tiempo terico de procesamiento de Ball para inactivar el microorganismo sealado:

Ensayo 2

Tabla 6: Logaritmo de las relaciones de temperatura y tiempo del tratamiento trmico de la muestra 2.Tiempo (min)Temperatura Autoclave T (C)Temperatura Producto T(C)

096,875,00,00000

397,285,5-0,27817

697,693,9-0,78591

997,596,7-1,44909

1298,397,2-1,32596

1396,796,4-1,85934

Grfica 3: Relaciones de temperatura y tiempo del tratamiento trmico de la muestra 2.

Grfica 4: Logaritmo de las relaciones de temperatura y tiempo del tratamiento trmico de la muestra 2.

(8)

Intercepto (b)0,0272

Pendiente (m)-0,1373

Fuente F referenciaDel mismo modo utilizando la Ecuacin (5) y F referencia de B. coagulans se calcula U:

El valor de g se encuentra en las tablas de Stumbo. (Orrego, 2003).

Reemplazando los valores en la ecuacin (6) se obtiene el valor del tiempo terico de procesamiento de Ball para inactivar el microorganismo sealado:

En el ensayo uno se observ un menor tiempo en el que la curva de penetracin atraviese un ciclo logartmico en comparacin al ensayo dos, lo que indica que el ensayo uno tuvo mayor inactivacin de B. Coagulans, en relacin al ensayo dos. Sin embargo no se present una diferencia marcada en los tiempos para alcanzar la temperatura de operacin durante los dos ensayos. Finalmente durante los dos ensayos llevados a acabo no se logr la esterilidad comercial debido a que no se super los tiempos de esterilizacin Ball Stumbo, por tal motivo la conserva de pia se puede considerar como un vector de enfermedades trasmitidas por alimentos. ConclusionesSe logr establecer los parmetros de fh, jh y g para determinar el tiempo terico de esterilizacin para la conserva de pia por el mtodo de Ball-Stumbol, sin embargo durante los ensayos de estilizacin trmica no se logr el tiempo para inactivar a B. Coagulans. A su vez se evidencio como los tratamientos trmicos alteran las propiedades de acidez, color, Brix excepto el pH en la pia fresca.Referencias

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