CÁLCULO DE LAS TEMPERATURAS DE ESTERILIZACIÓN

Las temperaturas que provocan la muerte de los microorganismos, son denominadas  "Temperaturas Letales". Cuando los microorganismos son sometidos la temperaturas letales y constantes, podemos observar una reducción en el número de microorganismos supervivientes. La cantidad en el número de microorganismos presente cuando el alimento es sometido a diferentes tiempos de calentamientos a temperaturas constantes, podemos definir cómo:

donde:

N = Número de Microorganismos Vivos.

D = Tiempo de Calentamiento o Tiempo de Reducción Decimal.

K = Constante de Destrucción Térmica.

El valor D, es definido como el tiempo necesario para destruir un 99% de microorganismos en un determinado tratamiento térmico letal o sea, permite calcular el tiempo necesario (a temperatura constante) para reducir el número de microorganismo un dato valor inicial (N₀) para un valor final (N₁).  Para la comparación de diferentes procesos de esterilización, es necesario una temperatura de referencia. Para alimentos de baja acidez (pH hasta 4.5), la temperatura de referencia utilizada es 121,1ºC, inmediatamente podemos definir la siguiente ecuación:

donde:

t_T = Tiempo en minutos del proceso la una temperatura T.

F = Tiempo equivalente a 121,1ºC en minutos.

Z = Resistencia térmica de un determinado microorganismo.

z es el intervalo de temperatura que ocasiona una variación de 10 veces en la velocidad de una transformación.

En los procesos de tratamiento térmico de los alimentos envasados herméticamente, se considera satisfactorio cuando la probabilidad de ocurrir microorganismos vivos capaces de que se desarrollen y, que causen deterioro en el alimento es de 1:1000 envases. De esta forma, el tiempo de tratamiento térmico irá a depender de la naturaleza química del alimento y de las condiciones de almacenamiento.

Letalidad Total - El Valor F

El valor F será el número total de unidades de esterilización en un tiempo de un minuto, en un proceso a la temperatura de 121,1ºC.

Los tratamientos térmicos de esterilización son normalmente empleados de modo a reducir para niveles seguros el número del microorganismos Clostridium botulinum, que de otro modo podrían reproducirse y producir una neurotoxina responsable por el Botulismo, una enfermedad que puede llevar a la muerte al que la ingiere.

Como los microorganismos presentan resistencias relativamente diferentes entre sí, la letalidad total (Valor F) de procesamiento y, la diferentes temperaturas también, es decir, depende por lo tanto del valor de la constante z. Entonces podemos definir:

La constante z en este caso, asume el valor z=10ºC

Para la evaluación del impacto de un tratamiento térmico, débese llevar en consideración los factores en los alimentos de sabor y aroma de una forma que los mismos sean preservados el máximo posible. Para tanto es utilizado normalmente una temperatura de referencia de 100ºC y valores de z entre 20 - 40ºC, para preservar tales características en el alimento.

La ecuación (4) puede ser utilizada cuando el alimento es agitado y promoviendo así su calentamiento de modo que el mismo reciba la misma temperatura en todo el punto. En la mayor parte de las situaciones prácticas, este no es el caso, los diferentes puntos de los alimentos procesado están a lo largo del tratamiento térmico, sujeto la variaciones de tiempo-temperatura. Para esta situación debemos promover la sumatoria del proceso total aplicado al alimento, de modo a calcular el impacto del proceso en la totalidad del alimento; este impacto puede ser calculado conforme la ecuación a continuación:

F(V)=Valor de la esterilización en el volumen (en minutos).

F=El valor de la esterilización para el volumen total del alimento (en minutos).

Conceptos de D y z en el Cálculo de la Esterilización

El valor D es normalmente denominado de TIEMPO DE REDUCCIÓN DECIMAL, o sea, es el tiempo necesario para reducir el número de microorganismos a un décimo del inicial, la una determinada temperatura. Este proceso puede ser ilustrado en el gráfico a continuación:

Del gráfico podemos obtener las ecuaciones:

En el gráfico está ilustrado el cálculo del valor z para un determinado microorganismo. Se verifica que el valor D es de 10 minutos para una temperatura de 110ºC, mientras que es de 1,0 minuto para una temperatura de 120ºC. Por lo tanto para este microorganismo específico, el valor z es de 120-110 = 10 o z=10ºC.

LETALIDAD - VALOR DE LA ESTERILIZACIÓN

El valor de la "esterilización" en el procesamiento, es calculada basándose en la resistencia térmica de los microorganismos, conforme la penetración de calor en el producto.

La Letalidad va a expresar la eficiencia del proceso térmico de 1 minuto a la temperatura ( T ) en relación la temperatura de referencia (Tref), pudiendo ser calcula por la siguiente ecuación:

Siendo tp el tiempo total del proceso. Sea por ejemplo, un tratamiento térmico que tenga los siguientes parámetros de tratamiento térmico para determinado alimento:

T = 100ºC (temperatura del tratamiento térmico).

Tref= 121,1ºC (temperatura de referencia).

z = 10ºC.

Jugándose estos valores en la ecuación (7), podemos calcular:

Así en este proceso térmico, significa que 1 minuto a una temperatura de 100ºC, ejerce el mismo efecto que 6,4 segundos a una temperatura de 121,1ºC, en términos de Letalidad.

Por lo tanto con la ecuación (7), es posible determinar los valores equivalentes de la Letalidad a cualquier temperatura, desde que se conozca el valor z del microorganismo que se esté queriendo eliminar en el tratamiento térmico. Algunos autores utilizan el símbolo Fo como Letalidad.

PENETRACIÓN DE CALOR EN EL ALIMENTO DURANTE El TRATAMIENTO TÉRMICO

La penetración de calor en el tratamiento térmico en alimentos envasados herméticamente, es definida como siendo el cambio de la temperatura en un determinado punto del producto, en virtud de la influencia de la temperatura de los puntos vecinos del mismo.

Esa penetración es resultante de la transferencia de calor en el producto, que se procesa por dos mecanismos fundamentales que son: POR CONVECCIÓN Y POR CONDUCCIÓN. El esquema de los dos procesos de calentamiento es ilustrado en la figura a continuación:

Donde las flechas rojas, muestran el movimiento de agitación del alimento dentro del envase. PF es el Punto Frío o Punto Crítico, local en el interior del envase donde la transferencia de calor es más lenta, por lo tanto baja Letalidad de los microorganismos. El Punto Frío, depende principalmente de las características físicas del producto alimenticio y del formato y material de los envases utilizados.

Dependiendo del tipo de alimento, un tratamiento térmico de esterilización específico debe ser aplicado pues, la penetración de calor en los mismos son diferentes (productos más densos, más líquidos, etc.). En las figuras abajo, muestra la penetración de calor en los diferentes tipos de alimentos envasados:

En los diversos alimentos envasados arriba, el tratamiento térmico debe ser:

-ALIMENTOS 1 y 2: Calentamiento por Convección.

-ALIMENTO 3: Calentamiento por Convección y también por Conducción.

-ALIMENTOS 4 y 5: Calentamiento por Convección.

Teniendo en vista la falta de información relativa a la evaluación de la temperatura en todos los puntos del alimento envasado se opta generalmente por calcular el impacto del proceso utilizando la información relativa a un único punto en el alimento. Cuando estamos interesados en calcular el impacto de un dato tratamiento térmico sobre una población de microorganismos calculamos el valor del proceso térmico, utilizando por ejemplo la ecuación (7), al punto, en el alimento que tarda más tiempo a calentar (punto frío). Este modo de actuación puede ser justificado por el siguiente aspecto: si el alimento sufre un procesamiento térmico suficientemente severo para reducir la población microbiana a niveles aceptables en el Punto Frío, entonces todos los otros puntos del producto alimenticio recibirán necesariamente un tratamiento térmico adecuado. Otro aspecto a favor de este modo de cálculo se prende con el hecho de que en la práctica no conocemos la distribución espacial de los microorganismos en el interior del alimento, inmediatamente asumimos que todos los microorganismos se encuentran al punto frío (o punto crítico) y, considerando un tratamiento suficientemente severo en este punto para reducir el número de microorganismos para un valor aceptable, estaremos necesariamente produciendo un alimento seguro para el consumo, al largo de todo el proceso.