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REFRIGERACIÓN CONGELACIÓN ESTERILIZACIÓN PASTEURIZACIÓN
PROCESOS TÉRMICOS
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I.A. ALFREDO ÁLVAREZ CÁRDENAS
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PROCESOS TÉRMICOS DE ALTA
TEMPERATURA EMPLEADOS
EN LOS ALIMENTOS
Cocción
Escaldado
Pasteurización
Esterilización comercial
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EN LA INDUSTRIA DE LOS ALIMENTOS, EL TÉRMINO PROCESADO
TÉRMICO SE UTILIZA PARA DESCRIBIR AQUEL PROCESO DE
CALENTAMIENTO, MANTENIMIENTO A TEMPERATURA CONSTANTE Y
POSTERIOR ENFRIAMIENTO QUE SE NECESITA PARA ELIMINAR EL
RIESGO DE POSIBLE ENFERMEDAD PROVOCADA POR LA INGESTIÓN
DE ALIMENTOS.
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Entre los procesos que usan altas temperaturas
como medio de conservar los alimentos se
encuentran las conservas, los productos
pasteurizados (jugos, pulpas). Estos procesos
térmicos involucran la esterilización o
pasteurización en frascos, botellas, u otros
envases del mismo tipo. Además existen otros
envases como los tarros de hojalata, las películas
flexibles y la esterilización de productos a granel y
luego su envasado aséptico.
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BIBLIOGRAFÍA.
DA-WEN SUN. THERMAL FOOD PROCESSING. CRC.
FELLOW, P. TECNOLOGÍA DEL PROCESADO DE LOS
ALIMENTOS, PRINCIPIOS Y PRÁCTICAS. ACRIBIA.
HELDMAN, D. R., LUND, D. B. HANDBOOK OF FOOD
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KARWE, M., BERGMAN, T. L., PAOLUCCI, S. HEAT
TRANSFER IN FOOD PROCESSING: PRESENTED AT THE
29TH NATIONAL HEAT TRANSFER CONFERENCE.
AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS.
MAFART, P. INGENIERÍA INDUSTRIAL ALIMENTARIA.
VOLUMEN1, PROCESOS FÍSICOS DE CONSERVACIÓN.
ACRIBIA.
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CONSERVACIÓN MEDIANTE TRATAMIENTO
TÉRMICO
EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE UN
ALIMENTO TIENE COMO FINALIDAD
FUNDAMENTAL LA DESTRUCCIÓN DE LOS
MICROORGANISMOS QUE PUEDEN ESTAR
PRESENTES, TANTO EN SUS FORMAS
VEGETATIVAS COMO ESPORULADAS Y EL
ALGUNOS CASOS, LA DESTRUCCIÓN DE LAS
TÓXINAS QUE ESOS MICROORGANISMOS
PUDIERAN HABER LIBERADO.
ESTERILIZACIÓN:
ES EL PROCESO EN DONDE EL PRODUCTO
SE SOMETE A TEMPERATURAS MAYORES
DE 1000C, ELIMINÁNDOSE TANTOS LAS
FORMAS VEGETATIVAS COMO LAS
ESPORULADAS, SEAN O NO DE
MICROORGANISMOS PATÓGENOS.
PASTEURIZACIÓN:
ES EL PROCESO EN DONDE EL PRODUCTO
SE SOMETE A TEMPERATURAS MENORES
DE 1000C, ELIMINÁNDOSE LAS FORMAS
VEGETATIVAS DE LOS MICROORGANISMOS,
PERO NO LAS ESPORULADAS. SE
ELIMINAN MICROORGANISMOS
PATÓGENOS.
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ESTERILIZACIÓN POR CALOR:
ES LA OPERACIÓN UNITARIA EN LA QUE LOS ALIMENTOS SON CALENTADOS A
UNA TEMPERATURA SUFICIENTEMENTE ELEVADA Y DURANTE UN TIEMPO
SUFICIENTEMENTE LARGO, COMO PARA DESTRUIR EN LOS MISMOS LA
ACTIVIDAD MICROBIANA Y ENZIMÁTICA. LOS ALIMENTOS ESTABILIZADOS POR
ESTE PROCESO POSEEN UNA VIDA ÚTIL SUPERIOR A 6 MESES.
TIEMPO DE ESTERILIZACIÓN
TERMO-RESISTENCIA DE LOS MICROORGANISMOS Y ENZIMAS.
PARÁMETROS DE ESTERILIZACIÓN.
pH DEL ALIMENTOS.
TAMAÑO DEL ENVASE.
ESTADO FÍSICO DEL ALIMENTO
La destrucción de microorganismos es LOGARÍTMICA, la esterilidad
total es difícil de alcanzar; se calcula la PROBABILIDAD de
supervivencia de un único microorganismo. Concepto de
ESTERILIZACIÓN COMERCIAL, que es el riesgo de alteración que el
industrial está dispuesto a asumir.
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Esterilización comercial:
La esterilización, como método de conservación puede seraplicado a cualquier producto que haya sido pelado,trozado o sometido a otro tratamiento de preparación,provisto de un envase adecuado y sellado en formahermética de manera de evitar la entrada demicroorganismos después de la esterilización y también laentrada de oxígeno y que el envase debe presentarcondiciones de vacío para asegurar la calidad delproducto.
El objeto de una conserva, cuyo punto principal es laesterilización comercial, es destruir todos losmicroorganismos patógenos que puedan existir en elproducto y prevenir el desarrollo de aquellos que puedancausar deterioro en el producto.
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El nombre de esterilización comercial o canning designa los procesosen que se trata térmicamente un alimento para que no contengamicroorganismos patógenos ni otros microorganismos o enzimasque puedan deteriorarlo durante las condiciones normales dealmacenamiento en un recipiente hermético.
Se le trata en forma tal que el alimento pueda conservarse por largotiempo y mantenga gran parte de su valor nutritivo.
No se trata de una esterilización completa que destruye la totalidadde los microorganismos. En la esterilización comercial puedenquedar algunos esporas termofílicas no patógenas que nogerminarán por las condiciones en que se efectúa elalmacenamiento.
El tratamiento térmico del producto puede hacerse antes o despuésdel envasado. El primer método se utiliza para líquidos y consiste entratar térmicamente el producto a alta temperatura y envasarloasépticamente en un recipiente estéril. En el otro método se envasael producto y el recipiente sellado es tratado con vapor a presión uotro método de calentamiento.
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La esterilización evita que sobrevivan los organismospatógenos o productores de enfermedades cuyaexistencia en el alimento y su multiplicación aceleradadurante el almacenamiento, produciría serios daños ala salud de los consumidores.
Los microorganismos se destruyen por el calor, pero latemperatura necesaria para destruirlos varía. Muchasbacterias pueden existir en dos formas, vegetativa ode menor resistencia a las temperaturas, y esporulada,o de mayor resistencia.
El estudio de los microorganismos presentes en losproductos alimenticios ha llevado a la selección deciertos tipos de bacterias como microorganismosindicadores de éxito en el proceso.
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Los microorganismos indicadores son los más difíciles de destruir
mediante los tratamientos térmicos, de manera que si el tratamiento
es eficiente con estos, lo será con mayor razón con aquellos
microorganismos más termosensibles.
Uno de los microorganismos más usados como indicador para
procesos de esterilización comercial es el Clostridium botulinum, el
cual es causante de serias intoxicaciones por alimentos de baja
acidez, conservados en ambiente de vacío, dos de las condiciones
para la producción de toxina por el microorganismo.
El calor, destruye las formas vegetativas de los microorganismos y
reduce a un nivel de seguridad las esporas, es decir, las formas
resistentes de los microorganismos, asegurando que el producto
puede ser consumido sin problemas para el ser humano.
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Los productos que pueden ser sometidas al proceso deconservación por esterilización comercial son muyvariados. Las frutas en general pueden ser procesadasde esta manera, siendo las piñas y las guayabas dosejemplos de estos productos. Estos productos sonácidos y en relación al Clostridium botulinum sonaltamente seguros, pues el microorganismos noencuentra a esa acidez las condiciones adecuadas paraproducir la toxina, que es altamente efectiva y mortal enel ser humano.
Productos de baja acidez como la mayoría de lashortalizas, pueden estar contaminadas con elmicroorganismo y producir durante el almacenaje lamortal toxina.
Por estas razones no es aconsejable procesar hortalizasde baja acidez en condiciones domésticas o artesanales,que no permitan un adecuado control del proceso.
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FUENTE DE LOS MICROORGANISMOS
-Suelo: Las materias primas tomadas del suelo (vegetales) deben
ser adecuadamente lavadas con agua de buena calidad
bacteriológica. Los m.o. más abundantes son las bacterias
esporuladas Bacillus y Clostridium.
-Equipo: Es una fuente importante si las prácticas sanitarias y/o
diseño son deficientes.
-Ingredientes: Generalmente están contaminados con bacterias
esporuladas mesofílicas y termofílicas, y otros m.o. El azúcar y el
almidón (ingredientes comunes)
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¿Dónde se encuentran los microbios?
Los microbios se encuentran en:
Las manos y uñas sucias
La saliva de los humanos y los animales domésticos
El cabello
Las heridas infectadas
La piel de los humanos y los animales domésticos
Los utensilios de cocina contaminados
Los excrementos humanos y de los animales
El aire
El agua contaminada
La basura y los restos de comida
Las moscas, cucarachas y roedores
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PRINCIPALES ENFERMEDADES
CAUSADAS POR ALIMENTOS
GASTROENTERITIS: Causada por Salmonella, Shigella, Escherichia coli,
Pseudomonas y otras.
AMIBIASIS: Causada por un parásito que se aloja en el intestino grueso.
ASCARIASIS (lombriz o gusano redondo): Causada por huevecillos a
través de las manos, tierra y alimentos contaminados.
BOTULISMO: Intoxicación provocada por toxinas de Clostridium
botolinum que se presenta en los alimentos embutidos y enlatados.
HEPATITIS INFECCIOSA: Producida por un virus que se encuentra en las
heces, orina, saliva y sangre de personas enfermas.
INTOXICACIÓN POR CONSUMO DE HONGOS VENENOSOS.
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TIPOS DE ALIMENTOS Y SUS MICROORGANISMOS
Los alimentos pueden ser:
• poco ácidos(4,5<pH<7),
• ácidos (3,7<pH<4,5) o
• muy ácidos (pH<3,7).
• Si son poco ácidos (carne, lácteos, hortalizas) requieren un
tratamiento térmico relativamente severo porque a pH mayores
de 4,5 desarrolla el Clostridium botulinum. También hay
esporas de bacterias termofílicas (Bacillus
setearothermophilus), pero no desarrollan a las temperaturas
normales de almacenamiento.
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• Los alimentos ácidos (durazno, peras, naranjas y tomates) pueden
presentar bacterias acidúricas de baja resistencia térmica, y otras
bacterias, levaduras y hongos. El Cl. botulinum no puede desarrollar.
Unos pocos m.o. mesofílicos, anaerobios y esporulados pueden
desarrollar (Clostridium pasteurianum), pero tienen baja resistencia
térmica, (por eso se trata este tipo de alimentos a menor
temperatura), excepto el Bacillus termoacidurans, que causa la
descomposición ácida del jugo de tomate.
• Los muy ácidos (encurtidos y fermentados, mermeladas) pueden ser
atacados por bacterias acidúricas, levaduras y hongos, pero
generalmente tienen baja resistencia al calor.
Los alimentos con pH menores a 4,5 ofrecen mayor seguridad
aunque los hongos pueden consumir ácido durante el
almacenamiento, aumentando el pH y creando condiciones para el
desarrollo de los esporos del Cl. botulinum.
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Resistencia térmica de los microorganismos presentes en los alimentos
La historia de la eliminación de los microorganismos enlos alimentos preparados se inició con Nicholas Appert,un cocinero francés que colocó alimentos en botellas devidrio, las tapó con tapón y las calentó en aguahirviente. La mayoría de los alimentos así tratados no sedeterioraron y, él anunció este descubrimiento en 1810.
En aquella época la microbiología era desconocida yAppert fue incapaz de explicar por qué su método eraeficaz. Él creía que con la combinación del calor y laremoción del aire prevenía la tendencia a ladescomposición de los alimentos.
Cincuenta años después, Louis Pasteur demostró queciertos microorganismos son responsables por lafermentación y descomposición de los alimentos.
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¿Qué necesitan para vivir y reproducirse?1. Alimentos nutritivos
como lo son la leche y sus derivados, las carnes, las cremas ylos mariscos.
2. Humedad
Entre más seco el alimento, menor la posibilidad de que losmicrobios sobrevivan.
3. Temperatura
Una temperatura entre 5 - 60 °C. Las temperaturas entre 25- 30 °C favorecen el crecimiento rápido de los microbios.
4. Tiempo
Entre más tiempo estén los microbios en condicionesideales, con alimento, agua y en la zona de peligro, másrápido se reproducen.
FAO,1990
Condiciones que afectan el desarrollo de microorganismos
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LA IMPORTANCIA DEL TIEMPO:
Un solo microbio en condiciones ideales, es capaz de formar una
colonia microbiana de 281,000,000,000 (281 billones) de miembros en
sólo 24 horas. Esto ocurre por que los microbios son capaces de
dividirse en dos, y esos dos a su vez en otros dos y así
sucesivamente. Este proceso se repite aproximadamente cada 20
minutos.
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ZONA FRÍA
Es una zona de seguridad para los alimentos. En elcongelador, a temperaturas entre -24 y -18 °C, los microbiosno están activos y no pueden reproducirse. Aun así,continúan presentes en el alimento. El refrigerador debemantenerse entre 1 y 4 °C.
ZONA DE PELIGRO
A temperaturas entre 5 y 60 °C, los microbios están másactivos y se reproducen más rápidamente. Según aumenta latemperatura, aumenta la actividad y el número de microbios.¡LOS ALIMENTOS NO DEBEN PERMANECER EN ESTA ZONAPOR MAS DE 2 HORAS!
ZONA CALIENTE
Esta es otra zona de seguridad. A temperaturas sobre los 60°C, los microbios mueren. Los alimentos que se sirvencalientes deben mantenerse en esta zona.
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El control de la temperatura del alimento es otro factorimportante para controlar los microbios. Como demuestrael dibujo, los cambios en temperatura afectan la vida delos microbios.
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Métodos para determinar la resistencia térmica:
Tubos de tiempo de muerte térmica: Se usan pequeños tubos depyrex sellados que se calientan en un baño o autoclave especial.Luego se cultivan y se observa el desarrollo por ejemplo porcambio de pH o recuento. Es un método simple, adecuado paramedios líquidos.
Latas: Se utilizan en forma similar que los tubos pero sonpara materiales sólidos.Tanques: El producto líquido se coloca en un tanquecalentado con vapor del que a intervalos de tiempo regularesse extraen muestras que luego se incuban.Recipientes de vidrio: Se utilizan frascos sumergidos en unbaño calefactor, provistos de agitador, termómetro y tubo parainoculación y toma de muestras.
Con estos métodos se obtienen valores de número demicroorganismos sobrevivientes en función del tiempo paradiversas temperaturas, estos valores se corrigen por la demora enel calentamiento del medio.
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TERMO-RESISTENCIA DE LOS MICROORGANISMOS:
La resistencia térmica de los microorganismos es llamada comotiempo de reducción decimal o simplemente conocida por "D".
El valor D puede ser definido como el tiempo en minutos, a unacierta temperatura, necesaria para destruir un 90% de losorganismos de una población o, para reducir una población a undécimo del número original de microorganismos presente alalimento. La utilización de tratamiento térmico, generalmente bajoforma de calor húmedo es el más utilizado en el control de laestabilidad microbiológica o aún esterilidad comercial de losalimentos procesados.
Dependiendo fundamentalmente del tipo de microorganismopresente y que se desea eliminar, hay dos tipos diferentes detratamiento térmico que son aplicados a los alimentos procesados:
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1 - Tratamiento Térmico Comercial.
Generalmente empleado para alimentos de baja acidezPH > 4,6 y que son almacenados la temperaturaambiente. Las temperaturas en este proceso varía de110ºC a 120ºC.
2 - Tratamiento Térmico de Pasteurización.
La terminología pasteurización se aplica para indicartratamiento térmico menos intenso, siempre latemperaturas inferior la 100ºC y, por lo tanto la presiónatmosférica normal. Esos procesos son destinados a losalimentos que no ofrecen condiciones para laproliferación de las bacterias (con alimentos ácidos omuy ácidos), no ofreciendo condiciones para lamultiplicación de microorganismos más resistentes, quepueden sobrevivir en el proceso de pasteurización.
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Levaduras y sus esporas:Normalmente las levaduras son destruidas a unatemperatura entre 5 la 10ºC. Las formas vegetativas delas levaduras son eliminadas en general de 50 a 60ºC, enun tiempo de 10-15 minutos y, sus esporas serándestruidos con una temperatura mínima de 60ºC en untiempo de 10-15 minutos.
Mohos y sus esporas:La mayoría de los mohos y sus esporas, son destruidos auna temperatura mínima de 65ºC con un tiempo quevaría entre 5 y 10 minutos. Hay algunos mohos como elcaso de algunas especies de Penicillium, que es necesariopara su destrucción una temperatura por encima de 83ºCcon un tiempo de hasta 1000 minutos. Las esporas delos mohos y hongos, son bastante resistentes al calor,como casos registrados de algunos esporos resistentes atemperatura de hasta 120ºC, durante un tiempo de 30minutos.
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Bacterias y sus esporas:La termo-resistencia bacteriana varía mucho desdealgunos patógenos fácilmente destruidos, hasta lostermófilos donde son necesarios periodos de tiempolargo a una temperatura entre 80 la 92ºC para sueliminación. Sus esporas generalmente son másresistentes al calor, siendo necesario una temperaturamínima de 100ºC y, un tiempo de destrucción que varíade 1 minuto a 20 horas para su destrucción. La tabla acontinuación, muestra el tiempo de destrucción térmicapara algunos esporos de bacteria.
Enzimas:La mayoría de las enzimas en los alimentos y de losmicroorganismos, son destruidas a 80ºC y, algunaspueden resistir temperaturas superiores a 80ºC.
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Ejemplo: BOTULISMO
Es causado por el Clostridium botulinum. (bacilo Gram +), esporulado y
anaerobio estricto) que produce una toxina muy letal (muerte entre 6 y 12
horas), que es neurotóxica: causa parálisis muscular: caída del párpado
superior, dificultades en la deglución, alteraciones en la visión y fallo
respiratorio. Esta toxina es soluble en agua y se destruye durante 10 minutos a
calor húmedo a 100ºC.
Las esporas se encuentran en el polvo, en los animales y principalmente en
el suelo.
Por ser proteolítico y sacarolítico produce en el alimento un olor muy
semejante al de carne descompuesta mezclada con ácido butírico. Es poco
probable encontrar el m.o. con su toxina en alimentos no alterados
notoriamente.
La gravedad de la intoxicación hace necesario un estricto control de la
destrucción de este m.o.
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Para caracterizar la termo-resistencia de losmicroorganismos o esporas se determinan losparámetros D y z:
D: Tiempo de reducción decimal, es el tiempo en minutosnecesario para destruir el 90% de los microorganismos auna dada temperatura.
D = t / log (No/N)N=Nro de microorganismos a tiempo tNo=Nro inicial de microorganismos.
log
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z (constante de resistencia térmica): Variación detemperatura necesaria para una variación del 90% en D.Está relacionado con la energía de activación de laconstante de velocidad de reacción.
z= (T2-T1)/ log (DT1 / DT2 )
log
D (min)
T ( C)
z
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El problema es determinar y usar la mínima cantidad de
calor para eliminar a los microorganismos que
provocan alteraciones o peligrosos, como Clostridium
botulinum, que forma endosporas.
Como el calentamiento disminuye la calidad de los
alimentos fue necesaria mucha investigación para
determinar las condiciones exactas del tratamiento que
conseguirían la esterilización con mínimos cambios en
la calidad.
Sí se consigue eliminar el Cl. botulinum, cualquier otra
bacteria importante como alteradora o patógena
también será destruida.
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Para asegurar la esterilización completa se aplica el calor
suficiente para un tratamiento l2D, según el cual la
población teórica de endosporas botulínicas disminuiría 12
ciclos logarítmicos. En otras palabras, si hubiese 1012
(1.000.000.000.000) de endosporas botulínicas en una lata
quedaría sólo un superviviente.
Como 1012 se considera una población improbablemente
grande este tratamiento se considera bastante seguro.
Ciertas bacterias termófilas formadoras de endosporas
poseen esporas más resistentes al calor que las de C.
botulinum. Sin embargo, estas bacterias son termófilas
obligadas y normalmente permanecerán aletargadas a
temperaturas por debajo de los 45 C. Por lo tanto no hay
problema a las temperaturas normales de almacenamiento.
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En el procesamiento se utiliza un valor F (tiempo demuerte térmica), que es el tiempo necesario para destruiruna carga dada de microorganismos a una dadatemperatura.
Para C. botulinum el valor F que se adopta es de 12D, sedice que el orden del proceso igual a 12, significa que seacepta una supervivencia de una espora en 1012, (porseguir una ley logarítmica en teoría no se pueden eliminartotalmente.) Para los anaerobios esporulados nopatógenos, se adopta un valor F de 5D.
Curva de tiempo de muerte térmica: Permite comparardiferentes condiciones tiempo/temperatura que producenla misma reducción de microorganismos. Para obtenerla segrafica log F versus temperatura.
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Factores que afectan la resistencia térmica
Variabilidad de las diferentes cepas.pH: Su disminución por debajo de 7 en general hacedisminuir la resistencia térmica, también los pH muyalcalinos. Para alimentos de bajo pH el tratamiento aefectuar es mas leve y la resistencia térmica debe medirsepara cada alimento en particular.Actividad acuosa: Si es baja aumenta la resistencia, puedebajarse por una alta concentración de azúcar. La salprovoca un efecto protector en concentraciones del 2-4%, amayores concentraciones su efecto es opuesto.Presencia de grasas: protegen los esporos de la acciónletal del vapor aumentando mucho la resistencia.Medio de cultivo: Si es rico permite la germinación dealgunos esporos debilitados durante el tratamiento, enmedios pobres permanecerían inactivados.
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FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA RESISTENCIA AL
CALOR DE LAS ESPORAS
CONCENTRACIÓN
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FACTORES CIRCUNDANTES
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INFLUENCIA DE LOS INGREDIENTES ALIMENTICIOS SOBRE LA RESISTENCIA AL
CALOR DE LAS ESPORAS
ACIDOS Y VALOR DEL pH
DEL MEDIO DE CALENTAIENTO
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AZÚCAR
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SALES ORGÁNICAS: [NaCl] hasta 4% protege, >8% la disminuye. Los iones fosfato
favorecen la formación, germinación y resistencia al calor de la espora.
ALMIDÓN: Permite el crecimiento de mayor número de esporas, no ejerce influencia
sobre la resistencia al calor.
PROTEÍNAS: Ofrecen alguna protección a la resistencia al calor.
ACEITES ESENCIALES (de especias e ingredientes que imparten sabor): Ejercen
marcada influencia sobre la resistencia al calor de las esporas.
GRASAS Y ACEITES: Son obstáculos
cuando se intenta matar las esporas
bacterianas con calor húmedo.
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RESISTENCIA AL CALOR DE LAS ENZIMAS EN EL ALIMENTO
ENERGÍA DE ACTIVACIÓN: K = Ae exp (-Ea/RT)
INACTIVACIÓN DE LAS ENZIMAS CON EL CALOR.
REACTIVACIÓN DE LAS ENZIMAS DESPUÉS DEL CALENTAMIENTO.
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PENETRACIÓN DE CALOR
En la penetración del calor influyen los siguientes factores: coeficiente de
transferencia de calor en el exterior (hvapor), propiedades físicas y
térmicas del producto (hi,etc), diferencia de temperatura entre el vapor el
producto al inicio, tamaño del recipiente y mecanismo de transferencia
de calor dentro del recipiente.
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La penetración del calor se determina colocando termopares en el
punto más frío del recipiente, que en los productos calentados por
convección está sobre el eje vertical y cerca del fondo, y en los
calentados por conducción está en el centro del eje vertical. Así se
obtiene la curva temperatura - tiempo.
La agitación mejora la transferencia de calor. En los productos
viscosos hay una agitación máxima por encima de la cual el producto
dentro de la lata no pasa de un lugar a otro.
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Dentro del recipiente el calor se puede transferir por
conducción o por convección, o inicialmente por un
mecanismo y luego por el otro:
• convección rápida: en jugos de fruta y hortalizas, sopas,
frutas en trozos grandes, etc.
• convección rápida: en líquido libre con pequeños trozos de
frutas, hortalizas o carne.
• calentamiento interrumpido (cambian de convección a
conducción): alimentos con almidón o de los cuales el
almidón es fácilmente lixiviado de los sólidos, como sopas,
tallarines, hortalizas mezcladas.
• conducción: alimentos envasados sólidamente con alto
contenido de agua no libre como crema espesa de maíz, puré
de hortalizas, mermeladas, frutas en tajada, carne o pescado
bien compactos.
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VELOCIDAD DE PENETRACIÓN DE CALOR:
TIPO DE PRODUCTO.
TAMAÑO DEL ENVASE.
AGITACIÓN DEL ENVASE.
TEMPERATURA DEL AUTOCLAVE.
FORMA DEL ENVASE.
TIPO DE ENVASE.
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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.
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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, se muestra la penetración de calor
en los diferentes tipos de alimentos envasados:
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Para la evaluación de la temperatura en todos los puntos del alimentoenvasado se opta generalmente por calcular el impacto del procesoutilizando la información relativa a un único punto en el alimento, en elpunto del alimento que tarda más tiempo en calentar (punto frío).
Este modo de actuación puede ser justificado por el siguiente aspecto:si el alimento sufre un procesamiento térmico suficientemente severopara reducir la población microbiana a niveles aceptables en el PuntoFrío, entonces todos los otros puntos del producto alimenticio recibiránnecesariamente un tratamiento térmico adecuado.
Otro aspecto a favor de este modo de cálculo se deriva en el hecho deque en la práctica no se conoce la distribución espacial de losmicroorganismos en el interior del alimento, inmediatamente se asumeque todos los microorganismos se encuentran al punto frío (o puntocrítico) y, considerando un tratamiento suficientemente severo en estepunto para reducir el número de microorganismos para un valoraceptable, se estará necesariamente produciendo un alimento seguropara el consumo, al largo de todo el proceso.
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SISTEMA DE ESTERILIZACIÓN:
PRODUCTO
LLENADO DEL ENVASE
EVACUACIÓN DEL AIRE
(envasando el producto en caliente, envasando en frío y
calentando, eliminando mecánicamente el aire con una
bomba de vacío, cerrando al vapor)
CIERRE
(según tipo de envase: latas, botellas o tarros de vidrio,
bolsas flexibles, bandejas rígidas)
TRATAMIENTO TÉRMICO
(con vapor saturado, con agua caliente, esterilización a la
llama)
ENFRIAMIENTO
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Enlatado industrial. (1) El alimento a enlatar es lavado, seleccionado y
escaldado. El escaldado es un tratamiento con agua hirviendo o chorro de vapor
que ablanda el producto para que entre bien en la lata. También destruye enzimas
que podrían alterar el sabor, la textura o el color del producto y disminuye la carga
microbiana. (2) Las latas se llenan totalmente, de manera que quede el menos
espacio vacio posible. (3) Las latas pasan a una cámara de vapor, donde el calor
elimina el aire disuelto. (4) Sellado. (5) La esterilización se realiza en autoclaves
con vapor a presión. (6) El enfriamiento se realiza pulverizando agua o
sumergiéndolos en ella. (7) Las latas son posteriormente etiquetadas,
almacenadas y distribuidas.
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ENVASES
Pueden ser de distintos materiales:
acero estañado (con 0,25 a 2% de Sn): Es el más usado. El Sn tiene
cualidades protectoras para el alimento, aunque blanquea los colores de
las frutas, por lo que suele recubrirse con barniz.
vidrio: Es inerte, pero transparente (no impide el daño por la luz).
aluminio.
plástico rígido o semirígido.
películas flexibles. Tienen la ventaja de ser livianos
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ALTERACIÓN DE LOS ALIMENTOS ENLATADOS
Puede deberse a grandes cargas iníciales de m.o., un inadecuado tiempo de
procesado o a una contaminación posterior al tratamiento térmico.
Según las causas, las descomposiciones pueden ser:
1) Descomposición ácida plana: hay producción de ácido y no de gas, generalmente
por bacterias termofílicas y debido a una mala esterilización o latas agrietadas.
2) Descomposición ácida y gas: hay producción de ácido y gas por bacterias
mesófilas.
3) Hinchazón química: es como resultado de la producción de gas (generalmente H2)
debido a la acción del contenido de la lata sobre el Sn , o debido a la liberación de CO2
por la descomposición química de melazas, jarabes, extractos de malta, etc.
4) Descomposición fotoquímica (por la luz): la luz cataliza reacciones que pueden
causar blanqueo, ligeros malos sabores en el aceite, sabor azorrillado en la cerveza,
destrucción de vitaminas y pérdida de ciertos nutrientes.
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Tipo de deterioro
Indicios de deterioro
Aspecto de la lata Contenido de la lata
Alimentos poco ácidos (pH superior a 4,5)
Acidificación sin gas(Bacillus
stearothermophilus)
Posible pérdida de vacío durante el
almacenaje
Aspecto no alterado normalmente; pH
mucho más bajo; acidez puede haber un
olor ligeramente anormal; a veces líquido
turbio.
Por anaerobios termófilos (Clostridium
thermosaccharolyticum)
Lata hinchada Olor a fermentado, agrio, a queso o butírico
Producción de sulfuros (Desultotomaculum
nigrificans)
Lata no hinchada Normalmente se ennegrece; olor a huevos
podridos.
Putrefacción anaerobia (Clostridium
sporogenes)
Lata hinchada Puede estar parcialmente digerido; pH
levemente superior al normal; olor pútrido
típico.
Por formadores de endosporas aerobios
(especies de Bacillus)
Normalmente no se hincha excepto con
carnes curadas que lleven nitrato y
azúcares
Leche evaporada coagulada, remolachas
negras.
Alimentos muy ácidos (pH inferior a 4,5)
Acidificación sin gas (Bacillus coagulans) Lata sin hinchar; lígero cambio en el vacío. Leve cambio de pH; sin sabor ni olor.
Por anaerobios butíricos (Clostridium
butyricum)
Lata hinchada Olor butírico, a fermentado.
Por no formadores de esporas
(principalmente bacterias lácticas)
Lata hinchada Olor ácido.
Levaduras Lata hinchada, puede estallar Fermentado, olor a levadura.
Mohos Lata sin hinchar Crecimiento en superficie; olor a húmedo.
Fuente: Datos de la Asociación Nacional de Conserveros, USA.
Tipos de deterioro de alimentos enlatadosIA/PT/aac
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Deterioro de los alimentos enlatados
Si los alimentos enlatados se incuban a temperaturas altas, como las
existentes en un camión estacionado a pleno sol o en las cercanías de un
radiador, las bacterias termófilas, que a menudo sobreviven a la
esterilización comercial, pueden germinar y crecer.
El deterioro termofílico anaeróbico es una causa bastante común de
alteraciones en alimentos enlatados poco ácidos. La lata normalmente se
hincha por el gas producido y el contenido tiene un pH más bajo y
olor agrio. Varias especies termofílicas de Clostridium pueden causar
este tipo de alteración.
Cuando ocurre un deterioro termofílico sin que se hinche la lata por la
producción de gas el deterioro se llama acidificación sin gas. Este
tipo de deterioro está causado por organismos termófilos como Bacillus
stearothermophilus, que se encuentra en el almidón o los azúcares en la
preparación de alimentos.
Ambos tipos de deterioro ocurren sólo cuando las latas se almacenan a
temperaturas superiores a lo normal, que permiten el crecimiento de
bacterias cuyas endosporas no son destruidas por el porcentaje habitual.
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Las bacterias mesófilas pueden alterar los alimentos enlatados si éstos no
han sido procesados correctamente o si la lata no es hermética.
Normalmente las bacterias mueren durante el proceso realizado
correctamente. Un proceso incorrecto suele provocar deterioro causado
por formadores de endosporas; la presencia de bacterias no formadoras
de esporas indica que la lata no es hermética.
Las latas no herméticas se contaminan a menudo durante el enfriamiento
tras el proceso térmico. Las latas calientes son pulverizadas con agua fría
o transportadas a través de un depósito lleno de agua. A medida que la
lata se enfría se forma vacío en su interior y el agua externa puede ser
chupada hacia el interior a través de aberturas en los pliegues que cierran
la tapa, cuyo sellado se ablanda por el calor (figura 27-2).
Las bacterias contaminantes del agua de enfriamiento entran con el agua
a la lata. El deterioro debido a un incorrecto procesamiento o a aberturas
en la lata suele producir olores de putrefacción, por lo menos en los
alimentos ricos en proteínas y ocurre a las temperaturas normales de
almacenamiento. En este tipo de deterioro existe siempre la posibilidad de
que la bacteria del botulismo esté presente.
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Figura 27-2. Construcción de una lata metálica. Obsérvese la construcción de
la junta. Durante el enfriamiento tras la esterilización, el vacio formado en el
interior de la ata puede forzar la entrada de microorganismos junto con agua.
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INFLUENCIA DEL ENLATADO SOBRE LA CALIDAD
La aplicación de calor causa cambios en el color, sabor, textura y valor nutritivo de los
alimentos. Estos efectos tratan de disminuirse usando cortos períodos de tiempo.
-Color: Alteración de los pigmentos y generación de productos coloreados
(caramelización, encafeicimiento)
-Sabor y textura: Efecto sobre compuestos responsables del olor y el gusto. En forma
opuesta, la carne es mejorada en sabor y queda más suave.
-Proteínas: Desnaturalización y pérdida de actividad enzimática.
-Grasa y aceite: Aceleración de la ranciedad oxidante y la hidrólisis enzimática,
aunque las grasas son estables al calor húmedo en ausencia de O2.
-Carbohidratos: Posible caramelización por el calor húmedo.
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-Vitaminas:
a) solubles en H2O: La tiamina es termolábil y su pérdida puede ser
sustancial, excepto que el alimento sea ácido. La riboflavina es estable al
calor pero sensible a la luz. El ácido ascórbico no es muy destruido por
alta temperatura durante poco tiempo si hay baja concentración de O2.,
pero sí por baja temperatura durante largos tiempos. El Sn protege a la
vitamina C.
b) solubles en grasa: La vitamina A es relativamente estable al calor en
ausencia de O2, pero ocurren pérdidas apreciables en presencia de O2.
La vitamina D es moderadamente estable al calor y resistente a la
oxidación, pero es muy inestable a ambos juntos. La vitamina E es
estable al calor en ausencia de O2, pero el calentamiento en presencia
de O2 casi la destruye totalmente.
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El contenido nutritivo de los alimentos enlatados es
comparable al de los alimentos crudos cocinados en el hogar.
Casi no hay pérdidas de proteínas, grasas y carbohidratos.
Son notables las pérdidas de vitaminas, que se deterioran
por exposición al aire, calor y agua caliente durante el
procesamiento industrial o en el hogar durante la cocción.
Una vez abiertos, los alimentos enlatados se descompondrán
más rápidamente que los alimentos frescos. Los alimentos
pigmentados pueden blanquearse en las latas abiertas y la
corrosión de la cubierta de Sn es acelerada por el O2 del aire.
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Optimización del proceso:
Si bien hay infinitas combinaciones de tiempo y temperatura que
producen el mismo efecto de inactivación de microorganismos,
esporas y enzimas, deben adoptarse condiciones que permitan
retener la mejor calidad nutritiva y sensorial del producto.
El fundamento de esta optimización es la diferencia entre las
constantes de velocidad de destrucción de los nutrientes y los
microorganismos.
En general convienen tratamientos de corto tiempo y altas
temperaturas. Para productos fluidos esto puede llevarse a cabo
con los intercambiadores de calor utilizados en el envasado
aséptico.
En caso de haber fosfatasas o lipasas de origen microbiano este
tipo de tratamientos no es adecuado porque no las destruye y
entonces se producirá el deterioro del alimento.
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Factores que mejoran la calidad:
•Uso de variedades especiales del producto adecuadas para
el enlatado.
•Mantenimiento de buenas condiciones sanitarias.
•Minimización del tiempo transcurrido entre la cosecha,
captura y/o sacrificio y el procesamiento.
•Logro de un buen sellado al vacío para minimizar el oxígeno
residual, que con la oxidasa destruye el ácido ascórbico.
•Si se efectúa blanqueo con agua caliente o vapor para
limpiar el producto y reducir su volumen conviene hacerlo a
altas temperaturas y cortos tiempos.
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AUTOCLAVES:
FUNCIONAMIENTO DISCONTINUO O CONTINUO.
1. DISCONTINUO: VERTICALES U HORIZONTALES (facilitan las
operaciones de carga y descarga).
2. CONTINUO: CONTROL MÁS PRECISO DE LOS PARAMETROS DE
ESTERILIZACIÓN Y PRODUCTO DE CALIDAD UNIFORME.
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PROCESO DE ESTERILIZACIÓN
A TEMPERATURAS ULTRAELEVADAS (UHT)
Resuelve el problema de esterilización de alimentos sólidos o viscosos envasados.
Alimento se esteriliza previo al envasado en envases estériles y atmósfera estéril.
Se utiliza para: leche, jugos de frutas y concentrados, nata, yogurth, aderezos para
ensaladas, huevo y helados y aquellos que contienen pequeñas partículas de otros
componentes.
Son de elevada calidad.
Vida útil mínimo de 6 meses.
Condiciones del proceso no dependen del tamaño del envase.
Tiempo de esterilización siempre el mismo.
Permite utilizar envases de gran tamaño y baratos.
Mayor rendimiento por su automatización y ahorro energético.
Económico para algunos productos: ejem. Leche.
Limitaciones: costos inicial y la complejidad de sus instalaciones, que exigen la
esterilización previa de los materiales de envasado, de los tanques y de las tuberías; la
necesidad de mantener estéril el aire y las superficies en la zona de llenado y requerir
mano de obra más especializada.
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CARACTERÍSTICAS DE LAS INSTALACIONES UHT
Funcionan a temperaturas superiores a 1320C,
Poseen una gran superficie de intercambio térmico,
Producto circula sobre la superficie caliente en flujo turbulento,
Utilizan bombas para mantener un flujo constante,
Continua limpieza de las superficies calientes.
CLASIFICACIÓN DE LAS INSTALACIONES UHT
1. SISTEMAS DIRECTOS: de inyección de vapor e infusión de
vapor.
2. SISTEMAS INDIRECTOS: intercambiadores de calor de
placas, intercambiadores de calor de tubos e
intercambiadores de calor de superficie barrida.
3. OTROS SISTEMAS: mircroondas, calentamiento dieléctrico
y por inducción.
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EFECTOS SOBRE LOS ALIMENTOS
Propósito de la esterilización: prolongar la vida útil de los alimentos reduciendo
al mínimo las pérdidas en valor nutritivo y la alteración de las características
sensoriales del producto.
1. COLOR: en la carne, en frutas, en hortalizas, etc.
2. AROMA Y BOUQUET: cambio debido a la degradación, interacción,
oxidación, desnaturalización, etc., de componentes.
3. TEXTURA Y VISCOSIDAD: coagulación, pérdida de capacidad de
retención de agua, hidrólisis colágeno o sustancias pécticas,
solubilización de geles, fusión de grasas, etc.
4. VALOR NUTRITIVO: degradación, hidrólisis, coagulación, etc.
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Corresponde a un tratamiento térmico menos drástico que laesterilización, pero suficiente para inactivar losmicroorganismos productores de enfermedades, presentes enlos alimentos.
La pasteurización inactiva la mayor parte de las formasvegetativas de los microorganismos, pero no sus formasesporuladas, por lo que constituye un proceso adecuado parala conservación por corto tiempo.
Además, la pasteurización ayuda en la inactivación de lasenzimas que pueden causar deterioro en los alimentos. Aligual que en el caso de la esterilización la pasteurización esuna adecuada combinación entre tiempo y temperatura.
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Es un tratamiento térmico que destruye los
microorganismos patógenos e inactiva sus enzimas. La
pasterización es un tratamiento térmico menos severo que
la esterilización. La temperatura normal de trabajo oscila
alrededor de los 100ºC. La pasterización se suele aplicar
cuando:
1- Un calentamiento más enérgico afectara a la calidad del
alimento.
2- Se busca únicamente la eliminación de un grupo de
patógenos.
3- Cuando el pH permita realizar un tratamiento menos
severo.
4- Cuando algunos microorganismos compitan en un
proceso de fermentación.
También se aplica: en el empleo de embalajes, la
refrigeración de leche y productos lácteos y en la
adición de ácidos, azucares y sales.
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Procesos de Pasteurización
Hoy en día la pasteurización realizada a los alimentos
es un proceso industrial continuo aplicado a
alimentos viscosos, con la intención de ahorrar
energía y costos de producción.
Existen tres tipos de procesos bien diferenciados:
1) pasteurización a altas temperaturas durante un
breve periodo de tiempo (HTST del inglés: High
Temperature/Short Time),
2) el proceso a ultra-altas temperaturas (UHT -
igualmente de Ultra-High Temperature) y
3) LTLT Baja temperatura en largo tiempo.
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Proceso HTST
Este método es el empleado en los líquidos a granel,
como son la leche, los jugos de frutas, la cerveza, etc.
Por regla general es el más conveniente, ya que expone al
alimento a altas temperaturas durante un período breve de
tiempo y además se necesita poco equipamiento
industrial para poder realizarlo, reduciendo de esta
manera los costos de mantenimiento de equipos.
Entre las desventajas del proceso está la necesidad de
personal altamente cualificado para la realización de este
trabajo, que necesita de la realización de controles
estrictos durante todo el proceso de producción.
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Existen dos métodos distintos bajo la categoría de pasteurización HTST:
en "batch" (o lotes) y en "flujo continuo“:
En el proceso "batch" (denominado también como Vat Pasteurization o
Pasteurización Vat) una gran cantidad de leche se calienta en un
recipiente estanco autoclave a una temperatura que llega de 63 a 68 ºC
durante un intervalo de 30 minutos, seguido inmediatamente de un
enfriamiento a 4 C para evitar la proliferación de los microorganismos. Es
un método empleado hoy en día, sobre todo por los pequeños productores
debido a que es un proceso lento (implica dos horas en total).
En el proceso de "flujo continuo", el alimento se mantiene entre dos
placas de metal o también denominado intercambiador de calor de placas
(PHE) o bien un intercambiador de calor de forma tubular, las
temperaturas son las mismas: 63 a 68 ºC. Este método es el más aplicado
por la industria alimenticia a gran escala ya que permite realizar la
pasteurización de grandes cantidades de alimento en relativamente poco
tiempo.
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Proceso UHT
El proceso UHT es de flujo continuo y mantiene la leche a una
temperatura superior más alta que la empleada en el proceso
HTST, y puede rondar los 138 C durante un periodo de al menos
dos segundos.
Debido a este periodo de exposición, aunque breve, se produce
una mínima degradación del alimento. La leche cuando se
etiqueta como "pasteurizada" generalmente se ha tratado con el
proceso HTST, mientras que la leche etiquetada como "ultra-
pasteurizada" o simplemente "UHT", se debe entender que ha
sido tratada por el método UHT.
El reto tecnológico en el siglo XXI es poder disminuir lo más
posible el período de exposición a altas temperaturas de los
alimentos, haciendo la transición de altas a bajas temperaturas lo
más rápida posible, disminuyendo el impacto en la degradación
de las propiedades sensoriales de los alimentos.
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