Download - Informe Pasteurizacion
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
1/22
i
RESUMEN
En el presenta laboratorio de pasteurización se procedió a realizar el proceso a dos alimentos con
características geológicas distintas, salsa de tomate y jugo de naranja. A ambos alimentos se les midió
la temperatura en el punto frio mediante termocuplas. El procedimiento consistió en medir la
temperatura hasta que alcanzó un valor constante el cual se define como temperatura de
mantención, y luego se dejó enfriar hasta cierta temperatura, determinando así los tiempos
pertenecientes a cada zona de pasteurización. Debido a que ambos alimentos poseen un pH acido, se
consideró que el microorganismo que se deseaba eliminar es B. coagulans (B. Thermoacidurans). Los
resultados obtenidos para la salsa de tomate fueron: etapa de calentamiento: 42 [min] hasta alcanzar
los 56[°C], etapa de mantención 5 [min] a 56[°C] y etapa de enfriamiento 60 [min] hasta 24[°C], y
para el jugo de naranja etapa de calentamiento: 17 [min] hasta alcanzar los 58[°C], etapa de
mantención 23 [min] a 58[°C] y etapa de enfriamiento 24 [min] hasta 24[°C]Los datos obtenidos se
analizaron usando dos métodos: método integral y método general. Con esto se obtuvieron los
tiempos teóricos correspondientes ambos alimentos. Los resultados fueron los siguientes: para la
salsa de tomate se obtuvo un tiempo de mantención teórico de 8,64 [min] y para el jugo de naranja el
tiempo fue de 8,64 [min].
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
2/22
ii
INDICE GENERAL
Indice General..................................................................................................................................... ii
Indice de Tablas ..................................................................................................................................iii
Objetivos ..................................................................................................................... 1 Capítulo 1
1.1 Objetivos generales ............................................................................................................. 1
1.2 Objetivos especificos ........................................................................................................... 1
INTRODUCCION ........................................................................................................... 2 Capítulo 2
RESULTADO Y DISCUSIONES ......................................................................................... 5 Capítulo 3
3.1 Curvas de calentamiento, mantención y enfriamiento ......................................................... 5
3.2 Tiempos Teoricos de pasteurización .................................................................................... 9
3.2.1 Método Integral. .......................................................................................................... 9
3.2.2 Método General......................................................................................................... 13
CONCLUCIONES ......................................................................................................... 15 Capítulo 4
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 16 Capítulo 5
Anexo ............................................................................................................................................... 17
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
3/22
iii
INDICE DE TABLAS
Tabla 3.1 Resumen de tiempos experimentales para ambos alimentos ............................................... 8
Tabla 3.2 Constante k para las respectivas temperaturas de mantención. ......................................... 12
Tabla 3.3 Datos experimentales y teóricos de los tiempos de pasteurización..................................... 12
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
4/22
iv
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
5/22
1
OBJETIVOSCapítulo 1
1.1 OBJETIVOS GENERALES
Obtener las curvas de calentamiento, mantención y enfriamiento de alimentos con distintas
características reologicas.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Obtener el tiempo de esterilización de ambos alimentos a través del método integral y
general considerando los datos obtenidos experimentalmente.
- Comparar ambos resultados, considerando las características de cada alimento y la presencia
del microorganismo B. coagulans (B. Thermoacidurans), el cual se desea aliminar.
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
6/22
2
INTRODUCCIONCapítulo 2
Entre las técnicas de preservación de alimentos, el uso de calor tiene un amplio rango de aplicación.
Cocinar alimentos es una forma de preservación de estos, pero no asegura la total inocuidad, por lo
que eventualmente sufrirán de degradación en un periodo relativamente corto de tiempo.
Cuando se refiere al proceso de preservación de alimentos, se debe aludir a procesos controlados que
se utilizan comercialmente como es la pasteurización, la esterilización, y el escaldado. (Potter, 1968).
La pasteurización en un proceso de preservación de alimentos donde estos son sometidos a
temperaturas normalmente por debajo de punto de ebullición del agua. Este normalmente tiene dos
objetivos dependiendo del tipo de alimento que se trate. Primero, es utilizado para destruirmicroorganismos patógenos asociados al alimento, y segundo es alargar el tiempo de conservado del
alimento con la inhibición de microorganismos y enzimas. (Potter, 1968).
Los procesos de pasteurización, así como cualquier otro en el uso de calor, se basan en dos aspectos
principales. La resistencia al calor que posean los microorganismos de cada alimento, y en la
capacidad calorífica de cada producto. (Awuah, Ramaswamy, & Economides, 2007)
Para el desarrollo de este informe, se ha realizado la pasteurización en forma de proceso batch de dos
alimentos. Salsa de tomate y jugo envasado de naranja.
La salsa de tomate se define como el producto resultante de la molienda y tamizaje parcial de
tomates de las variedades rojas, sanos, maduros, cuya pulpa y jugo parcialmente libre de piel y
semillas ha sido concentrado por evaporación y adición de condimento, sal y aditivos permitidos. El
jugo de fruta, en este caso naranja, se entiende como un producto sin fermentar, pero fermentable,
pulposo, turbio o claro, destinado al consumo directo, obtenido por procedimientos mecánicos a
partir de frutas u hortalizas maduras en buen estado o de sus carnes y conservados exclusivamente
por medios físicos. (Ministerio de Salud, 2001).
En la práctica del tratamiento térmico, el factor más importante que influye en la resistencia al calor
por parte de un microorganismo es la composición del producto, en particular su actividad de agua y
el pH. Donde la disminucion de la actividad del agua aumenta significativamente la resistencia
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
7/22
3
térmica , mientras que un ambiente acido y un pH bajo también disminuyen la resistencia al calor. Es
por esto que el pH del producto es de gran importancia para el tratamiento termico, donde pH 4,5
representa una línea divisora; productos con pH inferior a 4,5 pueden ser esterilizados a 100 [°C] o a
menor temperatura, y aquellos alimentos con pH mayor a 4,5 deben ser esterilizados a mas de
100[°C] (Deák, 2014). Ambos alimentos corresponden a alimentos ácidos. El jugo de naranja tiene un
pH alrededor de 3,7 y la salsa de tomate alrededor de 4,4 (Karel. 2003). Estos valores son relevantes
ya que las bacterias tienden a morir de manera proporcional al número presente en el alimento que
está siendo calentado (Potter, 1968), esto se refiere como el orden de muerte logarítmica, y esta
varía para teóricamente para distintos alimentos. En el caso de alimentos ácidos, el valor de esta
proporción logarítmica es de 1x105.
En la Figura 2.1 se muestran tipos de bacterias y sus ambientes de crecimiento normal en términos de
temperatura y pH. En base a esto, los tiempos de esterilización del jugo de naranja y la salsa de
tomate se han realizado con la intención de eliminar el B. coagulans (B. Thermoacidurans).
Figura 2.1 Microorganismos típicos en alimentos procesados. (Karel & Lund, 2003)
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
8/22
4
Para la eliminación de B.Coagulans en alimentos con un pH mayor a 4,5 es aplicar temperaturas de
121[°C ] por 0,7 minutos. En este caso, como ambos alimentos son más ácidos, se recomienda realizar
la pasteurización por 1,56 minutos a 100[°C].
Con respecto a la pasteurización existen de 2 tipos de acuerdo con la temperatura y el tiempo
aplicado. El primero es un proceso lento usando temperaturas bajas durante mucho tiempo y el
segundo es un proceso flash (HTST) utilizando altas temperaturas en un corto periodo. El tratamiento
de pasteurización debería ser suficiente para eliminar todas las bacterias patógenas no espurulentas.
Por lo tanto el objetivo general de este proceso es extender la vida útil del producto y mantener su
calidad. En el presente laboratorio se trabajó con el primer proceso, la cual se aplican temperaturas
entre 65-70[°C] durante 15-30 [min] para productos que se encuentran en botellas, frascos o latas.
(Deák, 2014)
Los objetivos de este informe consisten en mostrar las curvas de calentamiento y enfriamiento
obtenidos durante la práctica y a través de ellos calcular el tiempo de pasteurización para la salsa de
tomate y jugo de naranja haciendo consideración de los datos cinéticos de muerte de la bacteria
B.coagulans.
Se espera que los resultados en el laboratorio sean similares a los presentados en bibliografía.
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
9/22
5
RESULTADO Y DISCUSIONESCapítulo 3
3.1 CURVAS DE CALENTAMIENTO, MANTENCIÓN Y ENFRIAMIENTO
Se realizaron experiencias donde se midió la temperatura en función del tiempo del calentamiento de
salsa de tomate y jugo de naranja en frascos de vidrio, durante todo el proceso de pasteurización. Los
frascos se llenaron con las muestras a temperatura ambiente, y se sumergieron en un baño de agua
caliente a aproximadamente 60 [°C]. Mediante una termocupla (Canal 2 para la salsa de tomate y
Canal 5 para el jugo de naranja) se midió la temperatura del alimento considerando como punto de
referencia el punto frio. La temperatura dentro del frasco se midió colocando el termistor en el punto
frío de cada alimento.
Los perfiles de temperatura para la salsa de tomate y el jugo de naranja se observan en las Figura 3.1
y Figura 3.2 respectivamente. A partir de estas, se identificaron las zonas de calentamiento,
mantención y enfriamiento.
Figura 3.1 Variación de la temperatura con respecto al tiempo de la muestra de salsa de tomate
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150
T e m p e r a t u r a [ ° C ]
Tiempo [min]
Zona de Calentamiento
Zona de Mantencion
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
10/22
6
Figura 3.2 Variación de la temperatura con respecto al tiempo de la muestra del jugo de naranja
En la Figura 3.3 se muestra la comparación de las zonas de calentamiento, observándose notable
diferencias, probablemente debido a sus características (la salsa de tomate representa una dispersión
concentrada de la materia, debido a su estructura compleja. Exhibe un comportamiento no
newtoniano (Torbica, y otros, 2016)). Por un lado, se nota que el jugo de naranja (liquido homogéneo)
alcanza rápidamente la temperatura de pasterización de 58 [°C] en 17 minutos, mientras que la salsa
de tomate (liquido viscoso y heterogéneo) su máxima temperatura es de 56 [°C] en 42 minutos,
demorando prácticamente 2,5 veces más que el tiempo del jugo de naranja.
Figura 3.3 Comparación de las zonas de calentamiento de ambos producto
0
10
20
30
40
50
60
70
0 50 100 150
T e m p e r a t u t a
[ ° C ]
Tiempo [min]
Zona de calentamiento
Zona de Mantencion
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50
T
e m p e r a t u r a [ ° C ]
Tiempo [min]
Zona de Calentamiento Salsade Tomate
Zona de Calentamiento Jugo
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
11/22
7
El tiempo total de mantención de la salsa de tomate fue de 5 [min] mientras que el del jugo de
naranja fue de 23[min]. Se observa entonces que de mantenimiento del jugo de naranja fue de 4.6
veces el de la salsa de tomates. La línea casi recta denota la zona donde la temperatura permanece
constante (aunque con pequeñas fluctuaciones, debido a los datos que escapan del promedio
producto del ruido de la termocupla). A esta temperatura en donde el alimento es efectivamente
esterilizado. Por lo tanto la temperatura promedio de esterilización determinada a partir de la zona
de mantención fue de 56 °C para la salsa de tomas y 58 °C para el jugo de naranja.
Figura 3.4: Zona de mantenimiento de ambos alimentos
Por otro lado, las zonas de enfriamiento (Figura 3.5) se comportan de manera muy diferente,
produciéndose además a tiempos distintos. La curva de jugo decrece rápidamente, demorándose
aproximadamente 24 minutos en alcanzar los 24[°C]. Mientras que la curva de la salsa de tomate
tiene un descenso mucho más lento en comparación a la del jugo, demorando 60 minutos, por lo que
es 2.5 veces más lento.
55,5
56
56,5
57
57,5
58
58,5
59
59,5
0 10 20 30 40 50
T e m p e r a t u r a [ ° C ]
Tiempo, [min]
Zona de mantención Salsade Tomates
Zona mantención Jugo deNaranja
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
12/22
8
Figura 3.5 Comparación de las zonas de enfriamiento de ambos productos
En la Tabla 3.1 se muestran los respectivos tiempos de calentamiento y enfriamiento para los dos
productos analizados durante la experiencia.
Tabla 3.1 Resumen de tiempos experimentales para ambos alimentos
Salsa de Tomates Jugo de Naranja
Tiempo Calentamiento [min] 42 17
Tiempo Mantenimiento [min] 5 23
Tiempo Enfriamiento [min] 60
24
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150
T e m p e r a t u r a ,
[ ° C ]
Tiempo, [min]
Zona enfriamiento salsatomates
Zona enfriamiento Jugode naranja
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
13/22
9
3.2 TIEMPOS TEORICOS DE PASTEURIZACIÓN
Para la determinación del tiempo total de pasteurización, tanto para el jugo de naranja como para la
salsa de tomates, se necesita definir la cinética de los microorganismo patógenos en función del pH
que caracterice al alimento (Karel y Lund, 2003), según algunos autores ambos alimentos son
catalogados como alimentos ácidos (ver Anexo. tabla 1) con un pH de medio de 4,4 para la salsa de
tomates y un pH medio de 3,7 para el jugo de naranja, por lo que recomiendan el uso de parámetros
cinéticos de Bacillus coagulans como microorganismos esporulado patógeno resistente a la
temperatura.
El rango del tiempo de reducción decimal (D) para destruir esporas de Bacillus coagulans a pH 4.5 es
entre 0.01 y 0.07 [min] a 121 °C, con un valor de la constante de resistencia térmica (z) de 10 [°C]
.(Brennan, Butters, Cowell, & Lilley, 1980). A 100 [°C] el valor de D es cercano a 2 minutos y el
parámetro z tiene un valor de 16,9 [°C] (Tijskens & Schijvens, 1987)
3.2.1 Método Integral.
Este método, utiliza la constante de la velocidad de muerte del organismo (k), para el cálculo del
tiempo de esterilización. El modelamiento se hace a partir de la cinética de destrucción térmica en
microorganismos, obteniendo la siguiente ecuación:
( ) ∫
Ecuación 1
Donde
: Tiempo de reducción en la zona de calentamiento: Tiempo de reducción en la zona de mantención: Tiempo de reducción en la zona de enfriamiento: Tiempo de reducción totalEa: Energía de activación [cal/mol]
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
14/22
10
R: Constante de los gases
T: Temperatura [K]
Ko: Constante de la ecuación de Arrhenius [1/s]
No: Numero de microorganismos viables
N: Numero de microorganismos viables en un determinado tiempo t.
Tanto el jugo de naranja como la salsa de tomate son alimentos ácidos, por lo que considerará para
posteriores cálculos un valor de:
( )
Separando la integral de la Ecuación 1 en las tres etapas fundamentales de la pasteurización que son
la zona de calentamiento, mantención y enfriamiento, se obtiene que:
( ) ∫
∫
Ecuación 2
Donde:
k : constante de velocidad de destrucción o de muerte.
k (T): constante de velocidad de muerte a la temperatura de pasteurización.
t 2 – t 1: es el tiempo de mantención.
En este caso la pasteurización se realizó a 59 [°C] (temperatura del baño caliente), por lo que será
necesario encontrar el valor de k a dicha temperatura. Para ello se debe tener presente que la
constante de destrucción (k) responde a la cinética de Arrhenius. También vamos a usar como
referencia la temperatura de 121 [°C]. Con todo esto se obtiene la siguiente ecuación:
Ecuación 3
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
15/22
11
Donde:
Ea: Energía de activación (cal/mol)
T : Temperatura (ºC)
R: Constante de los gases (1,987 [Kcal/mol·K])
La energía de activación para esporas se encuentra en un rango de 53-83 [kcal/mol (Cambiano, 2000).
Se seleccionará el valor intermedio de este rango (68 [kcal/mol]) para posteriores cálculos, debido a
que no se encontraron antecedentes específicos para nuestra cepa de referencia (B. coagulans).
Para calcular k 121[°C] se utiliza la siguiente ecuación:
Ecuación 4
Donde:
D121ºC: tiempo de reducción decimal a 121 [°C].
Como se mencionó anteriormente, B. coagulans tiene un valor de D121ºC entre 0,01 y 0,07 minutos.
Seleccionando el promedio de estos, se tiene que D121ºC es igual a 0.04 [min], con lo que se estima, a
partir de la Ecuación 4, que k121ºC es de 57.6 [min-1
] (0.96 [s-1
]).
Finalmente, utilizando la Ecuación 3, se obtiene en Tabla 2.2 los valores de las constantes cinéticas de
destrucción k para ambos alimentos en estudio.
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
16/22
12
Tabla 3.2 Constante k para las respectivas temperaturas de mantención.
Jugo de Naranja Salsa de tomate
Temperatura demantención alcanzada [°C]
58 56
Constante de velocidad de
muerte térmica (k o) [s-1]
5,1*1037 5,1*1037
A continuación, mediante el método de los trapecios se estimaron las áreas de calentamiento,
mantención y enfriamiento y combinando la Ecuación 1 y 2 se obtuvieron los tiempos de mantención
(t2-t1) y en la Tabla 3.3 se compara con los valores arrojados de manera experimental.
Tabla 3.3 Datos experimentales y teóricos de los tiempos de pasteurización
Alimento Temperatura de
Mantención
Tiempo de Mantención
experimental
Tiempo de Mantención
Teórico
Salsa de Tomate 56[°C] 5 [min] 8,64 [min]
Jugo de Naranja 58[°C] 23 [min] 16,33[min]
Así es posible observar que al comparar los tiempo de mantención de ambos alimentos, considerando
que el tiempo teórico considera la destrucción de los microorganismos casi en su totalidad, podemos
deducir que para el caso de la salsa de tomate no logró conseguir tal objetivo debido a que el tiempo
experimental fue menor que el teórico. Mientras que para el jugo de naranja el tiempo experimental
fue bastante superior al teórico por lo que el objetivo se cumplió.
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
17/22
13
3.2.2 Método General
Este método utiliza el grafico de
1 v/s t, donde el área baja la curva corresponde a la siguiente
expresión:
t
dt A
0
Ecuación 6
Donde:
A: área de un gráfico.
: tiempo necesario para destruir cierta cantidad de microorganismos (TDT).
t: tiempo de esterilización.
Con el objetivo que reducir la cantidad de microorganismos suficientes, es que se requiere de cierto
tiempo. Esto es equivalente a que el área bajo la curva sea igual a 1, por lo tanto:
1
0
t dt
A
Con esto la esterilización se habrá logrado. Separando la integral por partes, se obtiene:
∫
∫
Ecuación 7
Donde:
t1: tiempo final del calentamiento
t2: tiempo final de la mantención
t3: tiempo final del enfriamiento
: tiempo de esterilización necesario para destruir cierta cantidad de microorganismos a la
temperatura de esterilización.
t
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
18/22
14
Además, se tiene las siguientes relaciones:
Ecuación 8
Ecuación 9
Donde:
No: probabilidad de encontrar una bacteria en el tarro sin esterilizar.
N: probabilidad de encontrar una bacteria en un tarro esterilizado.
D121ºC: Tiempo de reducción decimal a 121[°C]
z: cambio de temperatura necesaria en [°C]
para cambiar el en un factor de 10.
En este caso, los datos a utilizar son los siguientes:
N0/N= 1x105
D121= 0,04
z= 10
F121 se calcula a través de la ecuación 9 y se obtiene
F121= 0.46
Con estos datos, y la aplicación de la ecuación ecuación 8 se puede calcular el valor de que resultaen 729050 [min].
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
19/22
15
CONCLUCIONESCapítulo 4
Los alimentos sometidos a pasteurización en este laboratorio poseen distintas características
reologicas, por lo que se comportan de diferente forma aplicarles calor, esto puede deberse
principalmente a sus características ya que estas definen sus puntos fríos, y por lo tanto definen la
forma en la que el calor afecta a la muestra. Como era de esperar la muestra liquida (con densidad
cercana a la del agua) demoro menos en llegar a un temperatura constante y su tiempo de
mantención fue mayor, no así la salsa de tomate la que demoro un mayor tiempo para llegar a una
temperatura constante y tal temperatura se mantuvo por poco tiempo. Al comparar los tiempos
teóricos con los experimentales fue posible observar que numéricamente se acercan, pero para el
caso de la salsa de tomate no se logra el objetivo de lograr una destrucción cercana a la totalidad delos microorganismos debido a que el tiempo experimental fue menor al teórico.
Cabe destacar que todos los valores obtenidos presentan ciertos errores debidos a la falta de
información específica para el microorganismo, por lo que al tenerse tales datos los resultados
podrían acercarse más a la realidad.
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
20/22
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
21/22
17
ANEXO
Calculo del tiempo de pasteurización por el método integral.
1. Cálculo de k max
A partir de la siguiente ecuación, es posible estimar el valor de referencia k max.
T R Ea
máxT ek k *
)( *
Con el valor conocido de k121°C y de la energía de activación (68 [kcal/mol]) se tiene que:
)273121*(987,1
68000
)121( *ek k máxC
Despejando k max se obtiene que:
1004,3 máxk
39[min
-1]
2. Cálculo de k a la temperatura de mantención.
Con la misma ecuación anterior es posible calcular los k 58°C para el jugo de naranja y k 56°C para la
salsa de tomate, obteniéndose lo siguiente:
)27358*(987,1
68000
)58( *ek k máxC
)27356*(987,1
68000
)56( *ek k máxC
Con el valor de k max calculado anteriormente se obtiene:
)58( C k 6,34 x 10-6
)56( C k 3,38 x 10-6
-
8/15/2019 Informe Pasteurizacion
22/22
18
3. Valores de pH
Tabla 1. Valores típicos de pH de alimentos