Conservación deConservación deproductos cárnicosproductos cárnicos

por calorpor calorRosa Maria de la Mella, Ramon Santos, Jesús Yanez y cols.

Libros sobre Ciencia y Tecnología de la Carne y Productos CárnicosISBN: 978-959-16-1061-4

INSTITUTO DE INVESTIGACIONES PARA LA INDUSTRIA ALIMENTICIA

Conservación de productos cárnicos por calor

Autores: Rosa Maria de la Mella Ramon SantosJesús Yanez Soledad VolumenDivina Pacheco

Colaborador: Tatiana Beldarrain

2004

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Página legal

641-Mell-C

Conservación de productos cárnicos por calor / Rosa Maria de la Mella (Autor); Ramon Santos(Autor); Jesús Yanez (Autor); Soledad Volumen (Autor); Divina Pacheco (Autor) y TatianaBeldarrain (Colaborador). -- En : Libros sobre Ciencia y Tecnología de la Carne y Productos Cárnicos ISBN: 978-959-16-1060-7. -- Ciudad de La Habana : Editorial Universitaria, 2009. --ISBN 978-959-16-1061-4. -- 108 pág.

1. Mella, Rosa María de la

2. Santos, Ramón

3. Yanez, Jesús

4. Ciencia y Tecnología de los Alimentos

Digitalización: Dr. C. Raúl G. Torricella Morales (torri@reduniv.edu.cu)

Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia - Editorial Universitaria (Cuba), 2009.

La Editorial Universitaria (Cuba) publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.

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Tabla de Contenido

CAPITULO 1.- ORÍGENES DE LOS PROCESOS DE CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS . 5 CAPITULO 2.- ACCIÓN DEL CALOR SOBRE LOS PRODUCTOS CÁRNICOS ................... 7

2.1.- Acción sobre las proteínas.................................................................................................. 7 2.2.- Inactivación enzimática ...................................................................................................... 7 2.3.-Obtención de características sensoriales deseadas .............................................................. 8 2.4.-Inactivación microbiana ...................................................................................................... 8

R M. de la Mella ........................................................................................................................... 10 3.1.- Efecto de la temperatura ................................................................................................... 10 3.2.- Efecto del pH.................................................................................................................... 11 3.3.- Influencia de la actividad de agua (aw) ............................................................................. 12 3.4.- Influencia del potencial redox .......................................................................................... 13 3.5.- Naturaleza físico-química del producto alimento y materia prima empleada .................. 13

CAPÍTULO 4.- MÉTODOS DE CONSERVACIÓN POR CALOR ........................................... 16 4.1.- Pasterización..................................................................................................................... 16 4.2.- Esterilización .................................................................................................................... 16 4.3.- Cinética de la destrucción de los microorganismos por calor .......................................... 17

CAPITULO 5.- CINÉTICA DE LA PENETRACIÓN DE CALOR ........................................... 24 5.1.-Mecanismos de penetración de calor................................................................................. 24 5.2.- Centro térmico .................................................................................................................. 26 5.3. – Determinación del punto de mayor retraso térmico....................................................... 27 5.4.- Penetración de calor en el proceso de pasterización......................................................... 28 5.5.- Penetración de calor en el proceso de esterilización ........................................................ 29

CAPITULO 6.- CUANTIFICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS ...................... 32 6.1.- Valor de pasterización ...................................................................................................... 32 6.2.- Valor de esterilización ...................................................................................................... 34 6.3.- Valor de cocción............................................................................................................... 37

CAPITULO 7.- MÉTODOS DE CÁLCULO............................................................................... 41 7.1.- Método gráfico ................................................................................................................. 41 7.2.- Método general ................................................................................................................. 42 7.3.-Método matemático. .......................................................................................................... 44 7.4.- Método de Patasnik .......................................................................................................... 46

CAPITULO 8.- CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS ................................. 48 8.1.- Aw-SSP ............................................................................................................................ 50 8.2.- F-SSP................................................................................................................................ 51 8.3.- pH-SSP ............................................................................................................................. 51

CAPÍTULO 9.- CÁLCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO ......................... 53 9.1.- Cálculo del valor letal del proceso de pasteurización....................................................... 53 9.2.- Cálculo del valor letal en el proceso de esterilización...................................................... 59 9.3.- Combinación de factores inhibidores en el tratamiento térmico. Experiencia cubana..... 64

CAPÍTULO 10 .- TECNOLOGÍA Y EQUIPAMIENTO PARA EL PROCESAMIENTO TÉRMICO..................................................................................................................................... 68

10.1.- Productos pasterizados ................................................................................................... 68

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10.1.1.-Cámaras de vapor saturado....................................................................................... 68 10.1.2.- Tacho de cocción en agua........................................................................................ 69 10.1.3.- Cámara de hornos con aire seco y caliente.............................................................. 70 10.1.4.- Cámaras de horno con tratamientos combinados. ................................................... 71 10.1.5.- Sistemas de producción de humo y técnicas de ahumado. ...................................... 78

10.1.5.1.- Sistemas para la producción de humo .............................................................. 79 10.1.5.2.- Nuevas técnicas para el ahumado..................................................................... 82

10.2.- Productos esterilizados ................................................................................................... 85 10.2.1.-Operación del autoclave ........................................................................................... 85 10.2.2.-Temperatura inicial................................................................................................... 86 10.2.3-Presión interna, peso y temperatura de llenado ......................................................... 87 10.2.4- Control de hermeticidad y cierre de los envases ...................................................... 89 10.2.5.-Registro del proceso ................................................................................................. 90 10.2.6.-Codificación de los envases...................................................................................... 90

10.3.- Sistemás de calentamiento de autoclaves ....................................................................... 91 10.3.1-Calentamiento por vapor de agua saturado................................................................ 91 10.3.2-Calentamiento por mezcla de vapor de agua-aire...................................................... 93 10.3.3-Calentamiento por lluvia ........................................................................................... 94

10.4.- Sistemas continuos de esterilización .............................................................................. 95 10.4.1.-Esterilizadores hidrostáticos ..................................................................................... 96

11.2.- Corrosión en envases laqueados ................................................................................... 104 11.3.- Otros materiales de envase para la conservación de productos alimenticios ............... 104

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CAPITULO 1.- ORÍGENES DE LOS PROCESOS DE CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

R M. de la Mella

Los alimentos en general se derivan de las plantas o de los animales y esta naturaleza biológica es la causa del desarrollo de una serie de transformaciones químicas, bioquímicas y microbiológicas que modifican sus características originales y llegan a producir su deterioro.

La conservación comercial de alimentos se estableció a principios del siglo XIX, después de una serie de descubrimientos que permitieron sentar las bases científicas y técnicas para dicha conservación, sin embargo, a pesar del completo desconocimiento que se tenía en la antigüedad de las causas de degradación delos alimentos, nuestros antepasados desarrollaron muchos métodos de conservación más o menos efectivos, que han empleado durante cientos de años (Casp, 1999).

Las técnicas primitivas de conservación se desarrollaron a partir de la experiencia y de la necesidad. En los climas fríos el invierno era tiempo de escasez y era también imposible mantener el ganado, por lo que una parte del mismo era sacrificado antes de la llegada del invierno, y se conservaba mediante el secado, ahumado, salado para los meses de carestía siguientes y cuando las temperaturas eran suficientemente bajas se empleaba la congelación. Con frecuencia, varios de estos métodos se utilizaban combinados muchas veces inconscientemente. Por ejemplo, la carne y el pescado se conservaban por una combinación de deshidratación, salado y ahumado, y la variación de estas proporciones producían una gran variedad de productos diferentes.

En los climas tropicales las necesidades de conservación de alimentos eran diferentes y aquí el problema era precisamente contrario; se disponía de alimentos frescos todo el año que se deterioraban rápidamente con el calor, con frecuencia antes de que pudieran ser consumidos. (Casp, 1999).

Los métodos tradicionales de conservación de alimentos se desarrollaron por prueba y error y conducían a productos de características variables y de inconsistente vida útil. Aunque estos métodos fueron perfeccionándose con el paso del tiempo, muchos de ellos no producían un alimento adecuadamente conservado que fuese además nutritivo y sensorialmente aceptable.

La experiencia aportada por Appert entre los años 1780 y 1795 cambiaron completamente el procesado de alimentos. Posiblemente, sus ideas tuvieron origen en las recetas publicadas para el embotellado casero de frutas, adaptándolas a la conservación de otros alimentos (carnes, hortalizas, sopas, leche, etc.). Desde luego que en estos momentos todavía no se tenía conocimientos de bacteriología, pero con cuidadosos y extensos experimentos sentó las bases para el comienzo de una industria. A partir de observaciones completamente empíricas, llegó a

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conclusiones correctas sobre el tiempo de calentamiento necesario para conseguir el efecto de conservación y fue muy insistente en la necesidad de extremar las condiciones higiénicas, que entonces estaban lejos de ser consideradas .como criterio universal en la manipulación de alimentos.

Muchas mejoras en los procesos de conservación, como la introducción de los envases metálicos fueron desarrollados a partir de sus descubrimientos, sentando las bases para la producción de alimentos conservados seguros y de calidad aceptable, calentándolos en recipientes cerrados.

En la historia de la conservación de alimentos hay un punto de inflexión a partir de la segunda mirad del siglo XIX. Antes de esa fecha, los alimentos conservados eran caros y no respondían a las amplias demandas de alimentos. Bigelow y Esty en 1920 establecieron la relación entre el pH y la resistencia térmica de las bacterias y este trabajo sirvió de base para la clasificación de las conservas en ácidas y de baja acidez, en función del pH. En estos mismos años, Ball y Bigelow desarrollaron el primer método científico basado en el calculo del mínimo proceso para la esterilización de alimentos enlatados. Asi mismo, entre 1910 y 1920 fueron determinadas las características biológicas y toxicologicas del Cl. Botulinum y la importancia de su control en alimentos enlatados (Lopez, )

A partir de ese momento comienzan a conocerse las causas del deterioro microbiano de los alimentos y los procesos empíricos de la tecnología empiezan a apoyarse en bases científicas, lo que impulso drásticamente el desarrollo de la industria de conservación de alimentos. Muchos de los alimentos en envases metálicos que conocemos hoy se producen desde entonces y con buena calidad. (Casp, 1999).

La primera mejora en el campo del envasado se produjo con la comprobación del efecto del incremento de la temperatura y la reducción del tiempo de exposición sobre la calidad del producto, lo que fue logrado también con la introducción de autoclaves para los procesos de cocción seguido por un gran desarrollo en el terreno de los envases para alimentos, todo lo cual se fue perfeccionando en el siglo XX hasta llegar a la gran diversidad de equipamiento y conocimientos que se tienen en la actualidad en el campo de la conservación de alimentos, estables y de calidad.

BIBLIOGRAFIACasp, A., Abril, J. (1999).- “Procesos de conservación de alimentos”. Colección tecnología de alimentos, Ed. Mundi-Prensa, España.

López, A. (1987).- “Complete course of canning”. Book 1,2,3. Ed. The canning trade. N. Y.

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CAPITULO 2.- ACCIÓN DEL CALOR SOBRE LOS PRODUCTOS CÁRNICOS

R M. de la Mella

El valor de la carne para la alimentación humana se basa fundamentalmente en su alto contenido proteico de óptimo valor biológico y de buena digestibilidad, además de un importante contenido de vitaminas, minerales y hierro particularmente, por lo que es un alimento ampliamente preferido por sus cualidades sensoriales y nutritivas. Dada sus excelentes cualidades es también un excelente medio de cultivo para el desarrollo de microorganismos, por lo que el principal objetivo de la aplicación del calor es la destrucción de los microorganismos, pero sin provocar efectos excesivos que devalúen la calidad del producto, por tanto, es necesario un conocimiento detallado de la acción del calor sobre los microorganismos y sobre los demás constituyentes del producto a fin de poder optimizar los procesos y obtener los resultados deseados. Las modificaciones estructurales provocadas por el calor en los alimentos comprende la desnaturalización de las proteínas, gelatinización de los hidratos de carbono, destrucción de las vitaminas, reacciones de Maillard, destrucción de pigmentos.

La acción del calor sobre los productos cárnicos se manifiesta de diferentes formas:

2.1.- Acción sobre las proteínas

Una de los objetivos de la aplicación del calor a los productos cárnicos es la coagulación de la estructura proteica. La coagulación de las proteínas miofibrilares de la carne solubles en sal comienza aproximadamente 40 °C y finaliza alrededor de los 60 °C. Las proteínas sarcoplasmáticas, por el contrario, solubles en agua se encuentran a 50 °C aun disueltas en gran medida e incluso a 70 °C no están totalmente desnaturalizadas.

La desnaturalización térmica de la mioglobina comienza también a los 65 °C, por lo que para la formación de una estructura óptima se requiere una temperatura de calentamiento entre 65 °C y 70 °C. Estas temperaturas e incluso superiores son necesarias también para la gelificación completa de los aditivos empleados en las formulaciones, como son los almidones nativos y modificados, lo que ocurre en un rango entre 65 y 72 °C aproximadamente en función del origen.

Por otra parte, cuando se elaboran productos a base de sangre o con plasma sanguíneo se requieren temperaturas de por lo menos 75 °C, para formar el gel de la proteína sanguínea.

2.2.- Inactivación enzimática

Al igual que ocurre en la mayoría de las reacciones químicas, la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas se incrementan en general con la temperatura.. La velocidad de algunas

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reacciones enzimáticas se duplican aproximadamente por cada 10 °C de aumento de la temperatura. La mayoría de las enzimas se inactivan a temperaturas comprendidas entre 55 y 60 °C, pero otras son completamente estables y conservan su actividad a temperaturas muy superiores, por ejemplo, las enzimas de algunas especies de bacterias temófilas siguen activas a temperaturas superiores a los 85 °C.

2.3.-Obtención de características sensoriales deseadas

El calentamiento modifica al producto también en sus características sensoriales y nutritivas, lográndose mayor asimilación de los nutrientes presentes y en especial de las proteínas, cuya desnaturalización las hace más susceptibles a la hidrólisis enzimática digestiva.

La aplicación del calor también desarrolla características organolépticas deseables en el producto como la textura lasqueable, mediante el hinchamiento y gelificación parcial de las fibras colagenosas.

En la cocción de la carne se produce una pérdida de jugos de la carne que puede sobrepasar el 30 % en pérdida de peso y esta exudación es la responsable de la disminución de la ternura y pérdida del aroma, por arrastre de una parte de las sustancias solubles responsables del mismo. Entre 45 y 60 °C las catepsinas se activan y aumenta la terneza pero a partir de 64 °C comienza el endurecimiento rápido debido al efecto combinado de la desnaturalización de las proteínas, el acortamiento de las fibras musculares y del tejido conectivo (Casp, 1999).

2.4.-Inactivación microbiana

El calentamiento provoca la estabilidad de los productos cárnicos mediante la inactivación de los microorganismos y el efecto alcanzado determina en gran medida la conservación del producto.

Cuanto mayor sea el número de microorganismos presentes en el producto, más intenso deberá ser el tratamiento térmico para conseguir su destrucción, debido a que su termorresistencia será mayor.

Por otra parte, las bacterias se hacen más resistentes cuanto más apropiado haya sido el medio de cultivo para su crecimiento. En el caso de las formas vegetativas, la termorresistencia es mayor en las últimas etapas de la fase de latencia y menor durante la fase de crecimiento. En el caso de las esporas, la termorresistencia también varía con la edad, siendo menor en las esporas jóvenes que en las maduras.

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De lo anteriormente expuesto se desprende la necesidad de un conocimiento detallado de la actuación del calor sobre los microorganismos y sobre los demás constituyentes de los alimentos. En la práctica el calentamiento se realiza, salvo algunas excepciones, en gran medida en forma empírica, por lo que determinados valores de calentamiento se consideran como óptimos si no se producen deterioros o abombamientos, pero para encontrar la óptima solución de compromiso entre valor sensorial, nutricional y un tratamiento térmico suficiente para garantizar la estabilidad e inocuidad del producto final es necesaria la aplicación de un tratamiento térmico diseñado en función del producto, del envase y del almacenamiento posterior. Por un lado se deben evitar los sobrecalentamientos que perjudican innecesariamente la calidad del producto y por el otro se deben impedir los subcalentamientos que disminuyen la calidad y estabilidad durante la conservación.

La aplicación del calor a los productos cárnicos debe cumplir entonces con sus objetivos más generales; garantizar la estabilidad del producto en almacenamiento y mantener la calidad organoléptica requerida.

BIBLIOGRAFIACasp, A., Abril, J. (1999).- “Procesos de conservación de alimentos”. Colección tecnología de alimentos, Ed. Mundi-Prensa, España.

Lehninger, A. (1981).- “Bioquímica”. 2da. Edición, Editorial revolucionaria.

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CAPITULO 3.- FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA CONSERVACIÓN POR CALOR

R M. de la Mella

Como se ha dicho anteriormente, la aplicación de calor sobre los alimentos no solamente va a disminuir su carga microbiana, sino que también actuará sobre el resto de sus propiedades.

La conservación de los productos cárnicos y su calidad esta influenciada además del tratamiento térmico, por algunos factores como la temperatura durante el almacenamiento, el pH, la actividad de agua, el potencial redox y otros.

3.1.- Efecto de la temperatura

La temperatura es el factor de mayor importancia que influye sobre el desarrollo de los microorganismos, determina el estado físico del agua y por tanto su disponibilidad para el crecimiento de los microorganismos, además de actuar sobre la velocidad de las reacciones químicas y bioquímicas (Stiebing, 1986; Casp, 1999).

En los productos cárnicos el desarrollo de microorganismos se hace posible en un rango de entre - 1 5 y 70 °C. Las innumerables especies microbianas no obstante no se desarrollan en todos los rangos de temperatura sino dentro de un rango más o menos limitado y de acuerdo con el mismo se clasifican en:

psicrófilos :–15 a 20 °C

psicrótrofos: 0 a 35 °C

mesófilos: 10 a 45 °C

termófilos : 40 a 70 °C

Los psicrófilos son microorganismos adaptados a las bajas temperaturas y tienen una temperatura optima de crecimiento entre 15 y 20 ° C.

Los psicrótrofos son capaces de desarrollarse a valores cercanos a 0 °C pero tienen un crecimiento óptimo entre 25 y 35 ° C, con un metabolismo lento y son poco competitivos con otros cuando aumenta la temperatura. Estos microorganismos son los dominantes en los alimentos refrigerados e incluyen numerosas especies, cuyos principales géneros son: Pseudomonas spp, Erwinia spp, Corynebacterium spp, Lactobacillus spp, etc. La mayor parte de las levaduras y de los mohos son psicrótrofos pero estos microorganismos raramente son patógenos. Mediante un almacenamiento bajo refrigeración, por ejemplo, si bien no se puede

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excluir una alteración, si se puede impedir el desarrollo de bacterias patógenas, aunque los hongos formadores de micotoxinas pueden desarrollarse aún a temperaturas por debajo de -5 °C.

Los mesófilos se multiplican a temperaturas entre 20 y 45 °C, con un óptimo de crecimiento a 37 °C, con tasas de crecimiento elevadas y la duración de su proliferación es, por tanto, relativamente corta, incluyéndose en este grupo las principales especies de bacterias. Se pueden encontrar en alimentos almacenados a temperatura ambiente o en alimentos refrigerados cuando se ha roto la cadena del frío (Casp, 1999).

Los termófilos son capaces de desarrollarse a temperaturas elevadas, entre 45 y 65°C, con un óptimo a 55°C. Presentan una tasa de crecimiento muy elevada pero con una duración corta. Pueden encontrarse en el agua, aire y suelo. En este grupo se incluyen sobre todo los géneros de Bacillus spp y Clostridium spp así como los mohos Aspergillus spp, Cladosporium spp yThamnidium spp (Casp, 1999).

La conservación mediante el almacenamiento bajo refrigeración se basa en limitar el porcentaje de crecimiento de aquellos microorganismos cuya temperatura mínima se encuentra por debajo de la temperatura de refrigeración y poseen capacidad de desarrollo (Stiebing, 1986).

3.2.- Efecto del pH

El pH es un factor importante para el crecimiento y metabolismo de los microorganismos. Los diferentes microorganismos toleran distintos rangos por lo cual el pH del alimento produce una selección de los microorganismos. La mayor parte de los microorganismos patógenos y deteriorantes poseen un pH óptimo en la zona del punto neutro (pH = 7,0). Una masa cárnica antes del tratamiento térmico posee un pH entre 5,8 y 6,2 y según la intensidad del calentamiento, el pH se eleva en aproximadamente 0,2 a 0,5 unidades. Por lo tanto, para la mayor parte de los microorganismos, los productos cárnicos resultan un medio favorable desde el punto de vista del pH (Stiebing, 1986). En general tanto las esporas como las bacterias son más resistentes al calor cuando se encuentran en un sustrato de pH neutro o próximo a la neutralidad, por tanto un aumento de la acidez o de la alcalinidad del medio acelera la termodestrucción, siendo más acentuado el proceso cuando el cambio se produce en medio ácido que en alcalinidad. Esta es una de las razones por las que los alimentos se suelen clasificar según su pH antes de determinar el tratamiento térmico que deben recibir. Esta clasificación es la siguiente:

a) Alimentos débilmente ácidos a neutros con un pH > 4,5

b) Alimentos ácidos con pH de 4,0 a- 4,5

c) Alimentos marcadamente ácidos con un pH < 4,0

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Esta división resulta especialmente interesante para la inactivación de los microorganismos por calor. Es conocido que las conservas de fruta y las conservas ácidas con un pH inferior a 4,5deben ser calentadas en forma moderada (90 °C) comportándose microbiológicamente estables sin refrigeración. En este tipo de conservas se inactivan mediante el calor las bacterias vegetativas y los hongos y se disminuye debido al bajo pH, la resistencia al calor de las esporas de clostridios y especies de bacilos, impidiéndose la germinación de las esporas.

El efecto inhibidor de pH sobre los microorganismos deteriorantes comienza a ser evidente a valores de 5,3, mientras que el Cl. Botulinum y otros productores de toxinas se inhiben a 4,5, por lo que ese resulta ser el valor de pH que determina la intensidad del tratamiento a aplicar. A valores de pH de 3,7 solo crecen los hongos y las levaduras (Cerezal, 1988).

3.3.- Influencia de la actividad de agua (aw)

La conservación de un alimento depende también del contenido de agua del producto. No obstante, no toda el agua existente en el alimento se encuentra disponible para los microorganismos, dado que la misma puede encontrarse fijada química o físicamente en el mismo. Como medida para el agua no ligada, la cual se encuentra disponible para los microorganismos, se introdujo el concepto de actividad de agua. La actividad de agua es el cociente entre la presión de vapor de agua en el alimento y la presión de vapor del agua pura a igual temperatura, por lo que la actividad de agua puede adoptar valores de 0 a 1,0: el agua destilada, dado que no tiene sales u otras sustancias solubles, posee un valor aw = 1,0 y una sustancia totalmente libre de agua poseerá un valor de 0,0. Para los productos cárnicos el rango de aw esta entre 0,98 y 0,97, mientras que la carne cruda magra posee un valor aw de 0,99.

A partir de la composición química se puede obtener solamente un conocimiento aproximado de la actividad de agua, dado que la misma se ve influenciada además por el tipo y cantidad de sustancias en ella disuelta y por la forma que se halla fijada el agua en el alimento.

Los microorganismos requieren para los procesos vitales, según especie y género, una mínima actividad de agua. Si esta agua libre no se encuentra a disposición en el alimento, entonces los microorganismos no pueden producir ningún deterioro. Las diferentes especies microbianas poseen distintas capacidades de desarrollo a determinados valores mínimos de aw, tolerando niveles más bajos las levaduras y hongos que las bacterias. La termorresistencia será más elevada cuanto menor sea la actividad de agua del medio (Casp, 1999).

Los requerimientos de aw pueden variar marcadamente dentro de una misma especie bacteriana como es el caso del clostridium. El valor limite para los clostridios psicrótrofos es de 0,97, mientras que los mesófilos pueden desarrollarse hasta una aw de 0,95 (Stiebing, 1986).

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La presencia de oxigeno puede variar también el comportamiento ante la tolerancia a la aw. El género Staphylococus, por ejemplo, se desarrolla en condiciones anaeróbicas solamente hasta un valor de aw de 0,90, mientras que bajo condiciones aeróbicas puede desarrollarse hasta con aw de 0,86. No obstante, los valores mínimos de aw de cada especie pueden ser considerados como valores orientativos, dado que pueden variar con pequeñas variaciones del medio, de pH o de la temperatura (Stiebing, 1986).

3.4.- Influencia del potencial redox

No es suficiente determinar solamente la condición de aerobio o anaerobio, sino que también se debe contemplar el grado de oxidación o reducción en un alimento. Esto se conoce como potencia redox. El potencial se mide con un electrodo en milivoltios, depende del¡ pH y se indica como valor Eh. Aumentos de Eh corresponden a incrementos en el efecto oxidativo y viceversa. El potencia redox es un importante factor que influye sobre el desarrollo de los microorganismos, requiriendo los aerobios uno elevado y los anaerobios un bajo potencial redox. El potencial redox depende fundamentalmente de la composición química y además del contenido de oxígeno del alimento (Stiebing, 1986).

La carne fresca posee un potencial redox de -50 mV y mediante el calentamiento se produce una disminución del mismo. El potencial redox de los embutidos es variable (+20 a - 1 00 mV) en función de las condiciones del proceso y la incorporación de oxígeno en las distintas etapas de elaboración (como el molido y el picado) y las formulaciones utilizadas. Con el empleo del vacío durante la elaboración, la adición de sustancias reductoras como el ascorbato y mediante el envasado al vacío se puede reducir marcadamente el potencial redox (Wirth, 1970).

3.5.- Naturaleza físico-química del producto alimento y materia prima empleada

La sal común presente en los productos cárnicos posee a bajas concentraciones un efecto protector sobre algunas esporas, pero por encima de 3 % se suma al efecto destructor de las altas temperaturas (Cerezal, 1988). La acción de las sales depende también del tipo de sal; los electrolitos que actúan favoreciendo el hinchamiento (por lo general cationes monovalentes) disminuyen la resistencia al calor, mientras que aquellos que producen un deshinchamiento (cationes bivalentes, especialmente magnesio y calcio) elevan la resistencia al calor. La disminución de la resistencia al calor debido a los fosfatos se debe precisamente al efecto de hinchamiento de estas sustancias. Una gran influencia para el caso de productos cárnicos la posee también el nitrito de sodio, dado su efecto bacteriostático.

El contenido de grasa del producto es un factor importante así como su comportamiento ante el calor. El primer efecto que se produce sobre las grasas con un tratamiento térmico es su fusión, la que varia en función de sus características físico-químicas y estructurales. La fusión de la grasa de la carne de cerdo comienza a los 35-38°C y continua con el tratamiento térmico.

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Desde el punto de vista de la calidad, el aumento de temperatura favorecerá la oxidación con la aparición de peróxidos que por escisión dan compuestos responsables del cambio en el aroma y el sabor. Cuando la temperatura de cocción es demasiado elevada pueden formarse compuestos amargos, como la acroleína que comprometen definitivamente el sabor de la carne y aumentan su dureza (Casp,1999).

El hecho de que un producto se procese térmicamente no implica que se puedan utilizar para su elaboración materias prima contaminadas o en mal estado. Uno de los aspectos que incide en la calidad del producto final es la calidad de la materia prima. Durante el procesado de la carne para la elaboración de los productos existe una mayor contaminación microbiana debido a su distribución por toda la masa durante las operaciones tecnológicas de picado, pesaje, etc, por lo que los conteos de los productos crudos y listos para recibir el tratamiento térmico dependen de la carga inicial producto de las condiciones higiénicas en las que se realice el proceso de sacrificio y deshuese (Anon, 1980).

La intensidad de las modificaciones en la materia prima, tanto bacteriana como enzimática tienen una decisiva influencia sobre la calidad del producto. Si para el consumo directo es aconsejable la maduración de la carne en el caso de la carne de vacuno, por ejemplo, para el procesamiento se recomienda que se emplee la carne de cerdo luego de un día de sacrificio, mientras que no deben transcurrir más de tres para emplear la de vacuno. El empleo de las grasas, igualmente debe ser lo más fresco posible pues los procesos de rancidez que la caracterizan pueden afectar la calidad del producto (Wirth, 1980).

Se conoce que las altas temperaturas, además de la inactivación de la microflora provocan cambios en el color de los productos, particularmente cuando hay niveles de proteína y carbohidratos como es el caso de masas cárnicas enlatadas, ocurriendo las llamadas reacciones de Maillard. También ocurren transformaciones en la consistencia, el sabor y particularmente la pérdida de vitaminas, transformaciones en los aminoácidos, ácidos grasos poliinsaturados, etc. Por eso, es indispensable elaborar regímenes de esterilización que garanticen la letalidad requerida y provoquen transformaciones mínimas en la calidad de las conservas, tanto nutricional como organolépticas (Wirth, 1979).

Las modificaciones del sabor provienen de la degradación de los lípidos, de los glúcidos y de los prótidos, y de la formación a partir de estos precursores de los aromas. Estas reacciones de degradación, como las reacciones de Maillard, por ejemplo se producen a una velocidad notable por encima de los 60- 70 °C (Casp, 1999).

BIBLIOGRAFÍAAnon. (1980).- “”Carne y productos cárnicos” en Ecología microbiana de los alimentos 2, ICMSF, Capitulo 15. Ed. Acribia, Zaragoza, España.

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Casp, A., Abril, J. (1999).- “Procesos de conservación de alimentos”. Colección tecnología de alimentos, Ed. Mundi-Prensa, España.

Cerezal, P., Manzur, R. (1988).- “Evaluación de los procesos térmicos en la industria conservera”. Temás Alimentarios 2. 1SSN 0138-8908.

Stiebing, A. (1986).- “Calentamiento y conservación del embutido escaldado”. Fleischwirstchaft español, 1:34-43.

Wirth, F.; Leistner, L. (1970).- “Potencial redox en conservas cárnicas”. Fleischwirstchaft 50, 491-492.

Wirth, f. (1979).- “The present stage of development in the manufacture of canned meats”. Fleishwirtschaft 59: 475-482.

Wirth, F. (1980).- “Desarrollo en la elaboración de conservas cárnicas”. Fleischwirstchaft español, 8-14, 16,18,20

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CAPÍTULO 4.- MÉTODOS DE CONSERVACIÓN POR CALOR

R M. de la Mella

Generalmente, los microorganismos presentes en la carne se encuentran en forma vegetativa, lo que significa que su metabolismo se encuentra activo. Algunos microorganismos, entre ellos los más peligrosos en los productos cárnicos como los bacilos y los clostridios, son capaces de pasar de su forma vegetativa a esporulada cuando encuentran condiciones desfavorables en el medio, como pueden ser deficiencia de nutrientes, bajo porcentaje de agua libre, o temperaturas suboptimas para el crecimiento. En esa forma esporulada los microorganismos presentan una reducción notable en su actividad metabólica o ninguna y cuando las condiciones del medio vuelven a ser favorables, las esporas germinan, recuperan su actividad metabólica y regresan a la forma vegetativa.

Mientras que las bacterias en su forma vegetativa pueden ser eliminadas a temperaturas relativamente bajas, entre 55 y 100 ° C, algunas esporas resistirán al menos por corto tiempo, valores de hasta 130 ° C, (Schulz, 1994), por lo que en función del tipo de microorganismo presente en el producto, del producto en si y de su conservación ulterior, se someten a tratamientos de pasteurización o esterilización, como los principales métodos de conservación .

4.1.- Pasterización

El término "pasterización" se emplea en homenaje a Louis Pasteur, quien a mediados del siglo XIX realizó estudios referentes al efecto letal del calor sobre los microorganismos, y a su uso como sistema de conservación. Cuando se habla de pasterización nos referimos al tratamiento inferior o igual a 100 C que se utiliza para destruir las formas vegetativas microbianas presentes en los alimentos (Muller, 1989) y en especial la destrucción de microorganismos patógenos, pero algunas formas vegetativas deteriorantes pueden sobrevivir, por lo que se utilizan otros métodos de preservación para detener su proliferación, como son la refrigeración y el empleo de aditivos químicos, como los conservantes (Cerezal, 1988).

La combinación de tiempo-temperatura en este proceso depende de la resistencia al calor de las formas vegetativas de los microorganismos patógenos a destruir y de la sensibilidad al calor del producto en cuestión.

4.2.- Esterilización

La esterilización es el tratamiento superior a 100 °C aplicado para destruir la flora vegetativa e inhibir a los microorganismos y las esporas de manera tal que sean incapaces de reproducirse en el

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alimento durante el almacenamiento y después de alcanzada no se necesita de ningún otro método de conservación posterior (Leistner, 1985; Hechelmann, 1991).

4.3.- Cinética de la destrucción de los microorganismos por calor

Los primeros estudios de la destrucción de los microorganismos por el calor se deben a Bigelow (1921) y a Ball (1923), que desarrollaron la teoría de la evaluación del procesado térmico con respecto a la muerte o inactivación de los microorganismos. Más tarde, Gillespy (1946), Jakobsen (1954) y Stumbo (1973) determinaron que la destrucción térmica de los microorganismos se puede explicar de acuerdo con un proceso estadístico (Casp,1999). El concepto básico de esta teoría es que los microorganismos y sus esporas mueren a cualquier temperatura, pero cuanto mayor sea esta, mayor será la probabilidad de que tenga lugar la muerte.

A una determinada temperatura, que generalmente está muy por encima de su óptimo de crecimiento se producen daños, especialmente en las estructuras necesarias para la multiplicación celular, por lo que una cierta población de microorganismos es destruida por unidad de tiempo. Esta proporción caracteriza la sensibilidad térmica del microorganismo la cual es mayor a mayor temperatura.

Desde el punto de vista practico, una población bacteriana se considera muerta cuando ha perdido la capacidad de reproducirse, o lo que es lo mismo, cuando hay celular, con la consiguiente ausencia de colonias viables.

La destrucción de los microorganismos por el calor en una suspensión homogénea tiene lugar de forma logarítmica, de manera que un cultivo de microorganismos sometido a calentamiento a una determinada temperatura letal presenta una supervivencia tal que la fracción de sobrevivientes es constante para períodos de tratamiento iguales Si se representa el logaritmo del número de supervivientes contra el tiempo de tratamiento, se obtiene lo que se conoce como curva de supervivencia (Figura 4.1), una recta cuya pendiente es el tiempo necesario para reducir la población microbiana a la décima parte, por eso se denomina “tiempo de reducción decimal” y se denota por la letra “D”. Del grafico se aprecia también como este valor es independiente del conteo de microorganismos presentes y de acuerdo a este comportamiento, no sería posible nunca la esterilización absoluta (Stumbo, 1973). El ploteo se realiza a partir de los valores del logaritmo de las unidades formadoras de colonias por gramo contra el tiempo en minutos.

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A esta conclusión de muerte logarítmica por efecto del calorse llego luego de ampliostrabajos desarrollados a principios de siglo, determinándose que este comportamiento logarítmicoocurre en los microorganismostanto en su forma vegetativa como esporulada (León, 1983)

Algunas de las explicaciones dadas a este comportamientologarítmico de la muerte de los

microorganismos se apoyaban en la desnaturalización por calor de un gen esencial en la reproducción, sin embargo, el calor puede también causar daños sobre otras células con funciones vitales como la actividad enzimática .

0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25 30

t (min)

Log

UF

C/g

D

Figura 4.1.- curva de supervivencia

Este comportamiento relaciona la cinética de degradación de los microorganismos con una ley exponencial de primer orden.

De forma general y siendo N el número de microorganismos la ecuación de primer orden sería:

KndtdN (1)

que se conoce como ley de supervivencia o primera ley de la cinética, cuya representación en papel semilogarítmico decimales una recta con una pendiente 1/D.

Este valor D es característico de cada especie y temperatura y se define como el tiemporequerido para reducir la población de microorganismo a temperatura constante en un 90 %. Pero el valor D solo muestra la destrucción de las bacterias a una cierta temperatura, por lo que este valor debe acompañarlo como subíndice que denote a qué temperatura corresponde este tiempo (Muller, 1989) y caracteriza la termorresistencia de una especie de microorganismosdefinida a una determinada temperatura.

Realizando derivaciones de la ecuación (1) resulta:

t = D (log No – N) (2)

t= D n

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donde: No representa el número de células antes del tratamiento térmico

N es el número de células después del tratamiento térmico

T el tiempo de calentamiento a temperatura constante para reducir la relación Nn/No hasta un valor determinado

D: la pendiente de la curva de muerte térmica o el tiempo de reducción decimal a la temperatura T

El carácter exponencial de esta ley indica que teóricamente no puede llegarse a una destrucción total del microorganismo aunque el tratamiento sea muy largo, siendo la eliminación total de los microorganismos un estado ideal (Rodrigo, 1982). La curva representada en coordenadas decimales es asintótica con el eje de tiempo, por lo que será necesario que transcurra un tiempo infinito para que el número de supervivientes sea cero (Casp,1999).

En los procesos industriales lo que se hace es diseñar procesos que reduzcan la probabilidad de supervivencia a valores prácticamente seguros. De lo que se trata es de fijar un factor de reducción N que equivalga a una probabilidad de supervivencia tan baja que no implique un riesgo para el consumidor y a esto es a lo que se le llama “esterilidad comercial” (León, 1983; Navarro, 1994). En la producción de conservas cárnicas enlatadas el peligro máximo lo ofrecen las esporas del Clostridium botulinum y el tratamiento mínimo seguro exige un calentamiento de al menos 12 D, es decir, que se reduzca en 12 veces la población de esporas presentes. Este tratamiento es llamado también “cocción botulínica”. Si la contaminación de esporas presente fuera de una por envase, lo que puede ser normal, la probabilidad es que haya un envase contaminado por cada billón de envases y este concepto es aplicable a tratamientos de pasterización como de esterilización

El significado práctico del valor D se puede expresar de la siguiente manera:

Cuando se mantiene una suspensión de bacterias a una temperatura constante durante un tiempo de D minutos, se destruye el 90% de la población inicial; si se alarga el tratamiento durante otros D minutos, se destruirá el 90% de la población residual y así sucesivamente (Casp,1999). Otra forma de identificar el tiempo de destrucción térmica es relacionándolo con el tiempo que demora la curva de destrucción decimal en atravesar un ciclo logarítmico.

Veamos el siguiente ejemplo que muestra este comportamiento con mayor claridad (Tabla 4.1):

A una temperatura constante, el número de microorganismos disminuye por cada unidad de tiempo (en este caso 3 minutos) en un 90. Después de 15 minutos el calculo determina que solo permanecen 0,01 organismos en el envase, lo que significa que un microorganismo habrá sobrevivido por cada 100 envases. El ejemplo también demuestra que la eliminación de todos

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los organismos es teóricamente imposible, aun con un tratamiento térmico extremadamentelargo.

Tabla 4.1.- Razón de destrucción microbiana por unidad de tiempo (3 minutos) a temperatura constante (Muller, 1989).

Tiempo de tratamiento térmico (minutos)

Conteo bacteriano por envase % de reducción

0 1000 103 - -

3 100 102 90 1D

6 10 101 90 2D

9 1 100 90 3D

12 0,1 10-1 90 4D

15 0,01 10-2 90 5D

Veamos esto con en ejemplo que ilustra el efecto del calor sobre la resistencia térmica del D-Estreptococo. Si se superponen en una misma gráfica las curvas de muerte térmica a diferentes

temperaturas para un mismomicroorganismo, como se muestra en el ejemplo sobre la resistencia térmica del D-Estreptococo (Figura 4.2). Se podrán trazar las rectas que permitan calcular el valor de la reducción decimal para cada una de dichas temperaturas (Muller, 1989).

Aquí se aprecia cómo en un tratamientotérmico de 65 °C el valor D es 9,33 minutos, necesarios para destruir la

población bacteriana en un 90 %. Si la temperatura se incrementa a 70 °C , el valor D disminuyea 2,95 minutos. A 75 °C el valor D es sólo 0,93. En otras palabras, para reducir 90 % el conteo bacteriano son necesarios 6,5 minutos a 75 °C, 20,7 minutos a 70 °C y 65,3 minutos a 65 °C.

Figura 4.2.- Tasa de mortalidad del D- Estreptococo a diferentes temperaturas

Log

10

UF

C/g

Es evidente que cuanto mayor sea la temperatura menor será el valor de la reducción decimal D, o lo que es lo mismo, será necesario menos tiempo para conseguir la destrucción del 90% de los microorganismos iniciales, ya que como se aprecia en la gráfica, al elevarse la temperatura se incrementa la pendiente de las curvas.

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Del mismo modo que se obtuvo el parámetro D, se podrá determinar otro parámetro muyimportante en la cinética de muerte microbiana que define la termorresistencia característica de cada especie de microorganismo en un medio de composición definida.

Si representamos ahora en un papel semilogarítmico los valores de D a diferentes temperaturas obtendremos también una línea recta de pendiente negativa, conocida como resistencia térmica y que se denota como valor "z", que corresponde al paso de la recta por un ciclo logarítmico, o lo que es lo mismo, al valor del reciproco de la pendiente de la recta cambiada de signo, que desde el punto de vista práctico significa que cuando se eleva la temperatura de tratamiento en z grados, el tiempo requerido para conseguir el mismo daño térmico (o respuesta inducida por el calor) es 10 veces menor. Esta curva es conocida como curva TDT o segunda ley de la cinética de la muerte de los microorganismos (Figura 4.3) y relaciona los logaritmos del tiempo de destrucción térmica (TDT) o del tiempo de destrucción decimal (Dt) con la temperatura.

Si aplicamos este concepto al ejemplo de la destrucción de D-estreptococo analizado anteriormente, podemosapreciar la dependencia de la resistencia térmica con la temperatura. En la figura 4.3 z es 10 °C, o sea, cuando se eleva la temperatura de 65 °C a 75 °C el valor D se reduce a la décima parte, de 9,33 a 0,93 min.

0

1

2

3

4

5

90 100 110 120 130 140 150

T (°C)

Log

10

D

z

La ecuación de la recta representada en la gráfica para obtener el valor “z” podrá escribirse como:Figura 4.3.- Curva de resistencia térmica

L= log T- Tr/ z (3)

Donde:

L: valor de letalidad

T: temperatura dentro del producto en un tiempo dado

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Tr: temperatura de referencia para el microorganismo del que se trate.

Donde: L: valor de letalidad

T: temperatura dentro del producto en un tiempo dado

Tr: temperatura de referencia para el microorganismo del que se trate

Z: resistencia térmica del microorganismo encuestión.

zTrTL log (3)

Esta ecuación representa el conjunto de puntos (pares de tiempos y temperaturas) que presentan la misma letalidad frente al microorganismo considerado y en un medio determinado. Sobre la base de determinada temperatura de referencia y el valor z pueden determinarse los valores letales correspondientes a cada temperatura a lo largo de cualquier proceso.

La letalidad de todos los puntos que componen cada recta es la misma, por lo tanto, para cada tratamiento se dispone de infinitas parejas de tiempo- temperatura con la misma efectividad frente al microorganismo estudiado. Cada una de ellas proporcionará un tratamiento térmicoequivalente, pero de condiciones tiempo-temperatura distintas. Por lo tanto, esta ecuación permite encontrar un tratamiento equivalente a otro conocido, modificando la temperatura o eltiempo de tratamiento, siempre y cuando se conozca el valor del parámetro z del microorganismoque se elige como referencia y la letalidad de un tratamiento vendrá definida por las coordenadas del punto (t, T) y la pendiente de la curva (z) del microorganismo en cuestión. La Tabla 4.2 muestra algunos valores de D y Z.

Tabla 4.2.- Valores de D y Z de algunos microorganismos.

Microorganismos Temperatura(° C)

Valor D Valor Z

Staphylococcus aureus 66 0,2-2,0 4,4-6,0

Salmonella spp 66 0,02-0,3 4,4-5,5

Salmonella senftenberg 66 0,8-1,0 4,4-6,6

D-streptococo spp 70 2,95 10

Streptococcus faecalis 70 31,2 40

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BIBLIOGRAFIACasp, A., Abril, J. (1999).- “Procesos de conservación de alimentos”. Colección tecnología de alimentos, Ed. Mundi-Prensa, España

Cerezal, P., Manssur, R. (1988).- “Evaluación de los procesos térmicos en la industria conservera”. Temás Alimentarios 2. 1SSN 0138-8908.

Hechelmann, H., Kasprowiak, R. (1991).- “Microbiological criteria for stable products”. Fleischwirstchaft 71:1303-1308.

Leistner L. (1985).- “Hurdle technology applied to meat products of the Shelf stable productsand intermediate moisture food type” in “ Properties of water in foods”. Edited by D. Simatos and J.L. Multon. England

León, F. (1983).- “Conservación de los alimentos mediante tratamiento térmico”. Alimentaria, 14, julio-agosto, 23-30.

Muller, W., (1989).- “Heat treatment and smoking of kochwurst and cooked cured products”. Fleischwirstchaft, 69 :1830-1835

Rodrigo, M. (1982).- “Optimización del proceso de esterilización-cocción. Bases científicas”. Rev. Agroquim. Tecnol. Aliment. 22:22-38.

Schulz, E. (1994).- “Manufacturing principles for canned meat products”. Die Fleicherei, 5:ix-xiv.

Stumbo, C. S. (1973).- “Termobacteriology in Food Proccesing”. 2 Edition Academic Press, N. Y.

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CAPITULO 5.- CINÉTICA DE LA PENETRACIÓN DE CALOR

R M. de la Mella

Hasta ahora, al hablar del tiempo de proceso se ha supuesto que durante ese tiempo el producto se mantenía a la temperatura requerida. Esto significa que el producto alcanza la temperatura de régimen de forma instantánea y se enfría de la misma forma, lo que en la práctica solo es casi cierto cuando se tratan líquidos a granel en lamina muy fina (Casp, 1999). En el resto de los casos tendremos una determinada masa de producto que se calentará y enfriará dentro de un envase, sean latas o tripas, y estos intercambios térmicos se verán afectados por diferentes factores que veremos a continuación.

Naturaleza y tipo de producto

Mecanismo de penetración del calor

Tamaño del envase

Naturaleza del envase

Geometría de éste

Gradiente de temperatura entre el producto y el medio de calentamiento.

La norma general será que el producto, antes de alcanzar la temperatura de régimen, haya tenido una historia tiempo-Temperatura más o menos larga que dependerá de los factores antes comentados y de la eficacia del sistema de calentamiento empleado, y que en el enfriamiento ocurra algo semejante aunque en sentido inverso. Para conocer la letalidad (o la modificación de las características del producto) producida por un tratamiento en estas condiciones, se tendrá que tener en cuenta el efecto conseguido tanto durante el calentamiento como durante el enfriamiento.

La naturaleza del producto es el factor más importante que condiciona la penetración del calor en los productos, pues determina el mecanismo de penetración del calor que se produce en el intercambio térmico.

5.1.-Mecanismos de penetración de calor

La transferencia de calor se define como la transmisión de energía desde una región a otra debido al gradiente térmico que existe entre ambas.

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Se conocen tres modos de transferencia de calor: conducción, convención y radiación, siendo los dos primeros los principales mecanismos que intervienen en la transmisión de calor en los productos cárnicos (Rodrigo, 1982).

La transmisión por conducción tiene lugar por intercambio de energía cinética entre moléculas sin desplazamiento de las mismas y es el mecanismo que rige el tratamiento térmico en los embutidos y en todos los productos cárnicos sólidos.

En el calentamiento por convención la energía se transmite por una combinación de conducción de energía almacenada mezclada con la producida por la diferencia de densidades que se producen en el medio liquido por el gradiente térmico entre las paredes y las zonas interiores (Rodrigo, 1982).

En la práctica industrial se pueden encontrar productos tales como:

1).- Líquidos de baja viscosidad que permiten la formación de corrientes de convección, en los que el calentamiento es muy rápido. Esto no se corresponde con lo que ocurre en los productos cárnicos.

2).- Líquidos de alta viscosidad en los que el calor se transmite por conducción, y por lo tanto el calentamiento es más lento. Durante el calentamiento y el enfriamiento la temperatura tomará un valor distinto en cada punto de la masa del producto, por lo que para una localización determinada, la temperatura variará con el tiempo.

3).- Líquidos que contienen en su seno trozos sólidos de pequeño tamaño. La penetración de calor viene determinada en gran medida por la movilidad del líquido (proporcional a la relación sólido/ liquido existente) y la temperatura de los sólidos puede considerarse la misma que la del líquido que los rodea.

4).-Sólidos con un líquido de cobertura, donde el líquido se calentará por convección (con mayor o menor facilidad dependiendo de la posibilidad de formar corrientes de convección por los espacios libres entre los sólidos), y servirá de trasmisor del calor al sólido que a su vez se calentará por conducción.

5).-Sólidos propiamente dichos, donde el mecanismo de conducción de calor es prácticamente el que rige la penetración de calor.

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Existen también productos que comienzan a calentarse por conducción y en un determinado momento (por cambios en su estructura y propiedades reológicas) pasan a terminar el proceso calentándose por convección.

Los productos de los grupos 2 y 3 tampoco son ejemplos de productos cárnicos.

En el grupo 4 existe una combinación de los dos mecanismos donde casi siempre prima la conducción, lo que esta regulado además por la proporción sólido-liquido del producto de que se trate y el grupo 5 caracteriza propiamente la penetración del calor en la mayoría de los productos cárnicos como los jamones, embutidos y pastas enlatadas.

Para poder estudiar el proceso de calentamiento de cualquier producto en su envase es necesario conocer como evoluciona la temperatura en su interior, y tener en cuenta que la selección del punto de medida de esta temperatura es de crucial importancia.

5.2.- Centro térmico

En los procedimientos clásicos para evaluar un procesamiento térmico hay un punto o región dentro del producto, ya sea un embutido o una lata, donde el calentamiento se produce más lentamente, es decir, donde los microorganismos tienen una mayor probabilidad de sobrevivir, por lo que si los microorganismos son destruidos en ese punto llamado critico, se puede asegurar que también lo serán en el resto del producto (Segurajauregui, 1981). Si midiéramos el comportamiento de la temperatura en el tiempo en ese punto durante el proceso térmico, observaríamos que tiende a igualarse a la temperatura del medio de calentamiento.

Dado que el efecto de un tratamiento térmico sobre los microorganismos depende tanto de la temperatura como del tiempo, el punto critico o centro térmico será aquel que haya alcanzado menor valor letal al terminar el tratamiento y es entonces donde se deben tomar los pares de (t, T) para la cuantificación del efecto letal del tratamiento.

Generalmente se considera que para productos que se calientan por convección en envases cilíndricos, el punto crítico se sitúa en el eje longitudinal del envase a 1/4 de la altura, medida desde la base y para productos que se calientan por conducción en envases cilíndricos como las latas y los embutidos, el punto crítico se localiza en el centro geométrico de su mása (Casp,1999). Para moldes de formas menos convencionales, por ejemplo, hay que determinar en qué punto del eje horizontal se encuentra situado dicho punto. En sentido general, estas formas de envases para la cocción ya vienen horadadas para que se puedan introducir sensores para el control de la temperatura. En un alimento que se calienta por conducción y de baja conductividad térmica como son los productos cárnicos, la superficie del producto alcanza con bastante rapidez la temperatura del medio de calentamiento, disminuyendo esta a medida que

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nos acercamos al centro del envase. Hay entonces un gradiente térmico y un flujo calórico que penetra constantemente desde las zonas exteriores más calientes hacia las más frías. Al comenzar el enfriamiento, la parte exterior del envase comienza a enfriarse, lo que da lugar a un flujo de calor hacia fuera del envase desde las zonas intermedias, que a la vez siguemanteniendo un flujo de calor hacia el centro, más frío aún que ellas. Esto hace que latemperatura del centro siga aumentando durante un tiempo aunque haya comenzado la etapa de enfriamiento, lo que es más marcado a medida que aumenta el diámetro del producto tratado.

En productos en los que intervienen los dos mecanismos de transmisión de calorcomo es en el caso 4) explicado conanterioridad, será necesario asegurarse de que el centro del sólido de mayortamaño recibe el tratamiento adecuado, y será allí donde se coloque el censor (Figura 5.1).

Figura 5.1.- Mecanismos de penetración de calor (López, 1987)

5.3. – Determinación del punto de mayor retraso térmico.

Se recomienda realizar La determinación del punto de mayor retraso térmico (López, 1987), cuando se ha desarrollado un nuevo producto y no hay conocimiento previo del mecanismo detransferencia de calor que predomina o cuando se va a emplear un nuevo envase.

Para la determinación del punto de retraso térmico y el mecanismo de transferencia de calor, se procede según el método recomendado por la literatura (Ball, 1957; Stumbo, 1987) como sedescribe a continuación.

De acuerdo al tipo de producto que se va a procesar, se llenan varios envases y se les agrega agua a temperatura ambiente y se cierran herméticamente con el objetivo de obtener una mayorinformación del comportamiento térmico del producto durante la esterilización (López, 1987; Cerezal, 1988). A esos envases se le coloca un sensor en cada una de las posiciones que caracterizan los mecanismos de transferencia de calor: conducción y convección; dos latas contermómetros en el centro geométrico y a otras dos a un cuarto de la altura del fondo del envase, dejando un termopar libre para la lectura de la temperatura del agua dentro del autoclave.

Los termopares se colocan a través del cuerpo del envase y se comienza a registrar las lecturas detemperatura cada dos minutos, comenzándose con agua a temperatura ambiente y se va elevando hasta alcanzar 121 °C. Esta temperatura se mantiene hasta que los envases alcanzan 2- 3 ° C pordebajo de esta temperatura de esterilización.

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A partir de este momento comenzó la etapa de enfriamiento con agua a temperatura ambiente y aire a contrapresión s es necesario, hasta que la temperatura de los puntos en estudio es inferior a los 50 °C (López, 1987 y Stumbo, 1987).

Con los datos de tiempo-temperatura obtenidos para cada posición se procede al ajuste de la recta por el método de regresión lineal, obteniéndose los coeficientes de correlación para cada una de ellas. Con las rectas ajustadas se determina el factor de inercia térmica (fh) y se obtienen los valores medios para cada posición, los cuales deben ser comparados mediante una prueba estadística para definir el punto de mayor retraso térmico. Estos parámetros se discutirán con detalle en el capitulo 8 dedicado a los métodos de cálculo.

Para definir un tratamiento en el caso de un nuevo formato de envase o una relación sólido/líquido diferente a una conocida con anterioridad y garantizar una suficiente seguridad, sedebería medir siempre el comportamiento de la temperatura por lo menos en tres recipientes y repetirse luego ya en condiciones industriales.

Para las mediciones de temperatura en el interior de los alimentos se viene utilizando desde principios de siglo los termopares, acoplados mediante sondas al equipo de medición, pero no obstante existen otros tipos de sensores como los termistores y semiconductores, muy utilizados en los equipos modernos de procesamiento de alimentos.

Con el desarrollo de nuevos equipamientos para el procesado de alimentos se dificulta la medición interior por medio de sondas, por lo que se has desarrollado equipos que miden la temperatura sin necesidad de cables de conexión y son capaces de almacenar la información en memorias electrónicas digitales y después se acoplan a un decodificador que permite leer en un visualizador numérico la temperatura y los tiempos u dibujar directamente la grafica tiempo-temperatura e incluso calcular los valores de letalidad (Rodrigo, 1982).

5.4.- Penetración de calor en el proceso de pasterización

Una vez colocado en posición el sistema de medida de temperatura se podrán obtener los pares (t,T) o directamente las gráficas correspondientes según el equipo de medición disponible para conocer la evolución de la temperatura en función del tiempo en el producto y en el medio de calentamiento donde se produce el tratamiento.

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En la Figura 5.2 se muestra un ejemplo de curva de penetración de calor en un proceso de pasterización donde se distinguen perfectamente las dos fases del proceso:

Fase de calentamiento: En esta etapapuede notarse como el producto es introducido a la cocción cuando ya el medio de calentamiento tiene la temperatura de trabajo, en este caso 80 °C y la temperatura del producto se incrementa con una determinadapendiente hasta alcanzar la temperaturainterior de 70 °C, La velocidad de esta penetración esta determinada por el diámetro del producto.

Figura 5.2.- Curva de penetración de calor en unembutido a 80 °C

Fase de enfriamiento: En esta fase, el producto es extraído del agua y se somete a un tratamiento de atemperado en baño de agua a temperatura ambiente donde comienza a reducirse la temperatura interior. Puede notarse como el producto en todo momento en esta fase del proceso se encontrará a mayor temperatura que el agua, lo que dependerá del diámetro del producto.

Aunque este método de cocción a temperatura constante puede considerarse como una curva típica y recomendada, no es la única forma de tratamiento térmico que se emplea para los productos cárnicos pasterizados. Eistner (1982) y Lagares (1991) recomiendan también una cocción escalonada o por etapas y las llamadas cocciones delta e incluso constante a temperaturas superiores de las que veremos ejemplos más adelante.

5.5.- Penetración de calor en el proceso de esterilización

0

40

80

120

0 100 200 300 400

tiempo (min)

tem

pera

tura

(ºC

)

T producto

T agua

Si graficamos ahora las etapas para un proceso de esterilización (Figura 5.3) distinguiremos tres etapas del proceso respecto al medio de calentamiento:

Figura 5.3.- Curva típica de esterilización

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Fase de calentamiento: En esta etapa la temperatura del agua empleada para la esterilización dentro del autoclave se incrementa rápidamente desde 100 °C hasta la temperatura de proceso de 121 °C y el producto comienza también a incrementar su temperatura.

Fase de mantenimiento: En esta fase la temperatura del agua permanece constante y la temperatura del producto tiende a igualarse a la del agua con una determinada pendiente que esta en función de la naturaleza del producto y de las características del envase: espesor de la pared y conductividad térmica del material.

Fase de enfriamiento: En función del tipo de autoclave empleado, el agua caliente o el vapor se extrae de la cámara y comienza a entrar agua corriente para comenzar el descenso de la temperatura del producto hasta aproximadamente 50 °C.

En ambos ejemplos puede notarse cómo la temperatura en el interior del producto continua aumentando a pesar del comienzo de la etapa de enfriamiento, lo que ocurre por una diferencia de gradiente entre las capas que rodean al punto frío que aun están cediendo calor, respecto a las más externas que ya están en contacto con el medio exterior más frío. Este gradiente de temperatura es función del diámetro del producto, por lo que embutidos o envases de mayor diámetro alcanzaran valores de temperatura interna más altos que los embutidos más finos o envases más pequeños, para un mismo valor de temperatura interna final en el proceso.

Esta combinación de tiempo y temperatura fijados como requeridos para la estabilidad e inocuidad del producto del que se trate se denomina “proceso”, o sea, para el primer ejemplo el proceso fue de 3 horas y media a 80 °C y para el segundo de 150 minutos a 121°C, contados siempre a partir de que se alcance la temperatura de proceso.

BIBLIOGRAFÍA

Ball, C.; Olson. F. (1957).- “Sterilization in food technology”. Ed. Mc. Graw-Hill, NY.

Casp, A., Abril, J. (1999).- “Procesos de conservación de alimentos”. Colección tecnología de alimentos, Ed. Mundi-Prensa, España

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Eistner, M. (1982). – “La pasterización de semiconservas de jamón. El proceso selectivo por etapas”. Fleischwirstchaft en español, 2: 36-42

Lagares, J. (1991).- “Proceso de fabricación de jamón y paleta cocidos”. Procesos, enero-febrero, 9:13.

30

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Rodrigo, M. (1982).- “Optimización del proceso de esterilización-cocción. Bases científicas”. Rev. Agroquim. Tecnol. Aliment. 22:22-38

Segurajauregui, J.S. (1981).- “Descripción del método de la formula para el calculo de procedimientos térmicos”. Rev. Tecnol. Aliment. (mex.) xvi, 6:2-6.

Stumbo, C. S. (1973).- “Termobacteriology in Food Proccesing”. 2 Edition Academic Press, N. Y.

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CAPITULO 6.- CUANTIFICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS R. M. de la Mella

Una vez determinado el mecanismo de transferencia de calor del producto y la ubicación del punto critico, se debe tomar el microorganismo de referencia en función del tratamiento a aplicar, para evaluar la seguridad del proceso térmico del producto y su inocuidad.

Para la selección de la especie de microorganismo más adecuada para el establecimiento de los parámetros de proceso térmico hay que tener en cuanta lo siguiente:

Que el microorganismo este presente o que pueda desarrollarse en el alimento

Que el microorganismo sea patógeno o que sus metabolitos sean tóxicos

Que sea el más termorresistente

Que pueda crecer a temperatura ambiente.

6.1.- Valor de pasterización

El efecto del tratamiento térmico de pasterización debe ser capaz de eliminar la flora vegetativa y su efecto puede ser calculado tomando como microorganismo de referencia al D-streptococo, que aunque no provoca envenenamiento, si es deteriorante a concentraciones de 10 5 UFC/g

En estudios de trabajos desarrollados por Reichert, (1979) y Wojcie- Chowski, (1980 y 1981) (citados por Stiebing, 1986) se trabajo con estreptococos resistentes al calor, determinándose sus termorresistencia y su incidencia en la conservación e inocuidad de los productos cárnicos.

Cuando se diseña un proceso térmico para eliminar una carga inicial de ese microorganismo, se asume que bajo la practica industrial, uno en 100,000 productos pueden ser microbiologicamente inestables, o lo que es lo mismo, 0,001% de los productos sufren deterioro. Conociendo el valor de Z= 10 °C y D = 3 minutos a 70 ° C para este microorganismo tomada como temperatura de referencia, se puede entonces evaluar la letalidad del proceso para cualquier embutido. Al determinar el tratamiento para la eliminación del D-estreptococo, todos lo microorganismos más sensibles al calor que él quedaran lógicamente eliminados con dicho tratamiento.

La destrucción del D-Streptococo comienza a los 55 °C pero no se puede alcanzar esa temperatura de repente en el centro térmico del producto. Bajo condiciones prácticas es imposible un calentamiento y enfriamiento instantáneos del producto, ya que en cualquier tratamiento tendremos periodos de tiempo a temperaturas distintas, cada una de las cuales

32

presentará una relación de letalidad LT. En estas fases del proceso también ocurren efectos letales que se deben integrar al efecto letal de la fase de mantenimiento a la temperatura de tratamiento para que el calentamiento del producto no sea excesivo y no se dañen sus características organolépticas.

Es necesario entonces tener una unidad de referencia para el tratamiento que equivalga a un tiempo a una determinada temperatura del proceso, asumiendo instantáneos el calentamiento y el enfriamiento y esta unidad es el valor de pasterización definido como 1 minuto a 70 °C.

Esto quiere decir, que cualquier proceso térmico llevado a cabo a cualquier temperatura y durante cualquier tiempo podrá referirse a la destrucción del D-estreptococo y es equivalente a haberlo tratado durante ese tiempo a 70 °C, siempre y cuando para los cálculos se haya utilizado los parámetros D y Z de este microorganismo, como veremos a continuación.

Recordemos que la ecuación (3) esta definida para un valor puntual de letalidad a una determinada temperatura del proceso igual a T, por lo que si integramos desde T = 0 (que es donde comienza el calentamiento) los valores puntuales del efecto letal en el tiempo a medida que se incrementa la temperatura en el centro térmico del producto en cuestión, hasta T=Tf, que incluye la etapa de enfriamiento, tendremos:

Lt= L(t) dt (4)

Pero ya definimos como P al valor de pasterización del proceso, entonces:

Pt=Lt

Por lo que:

Pt= L(t) dt (5)

Esta ecuación estará determinada también por los intervalos de tiempo en los que se realizan las mediciones de temperatura, dt, como un método de adición simple y suficientemente seguro que involucra todos los valores de P alcanzados en el producto durante el calentamiento y el enfriamiento.

Para el caso especifico de un tratamiento donde se tome como referencia el D-streptococo, la expresión quedara:

33

Pt = 10 t-70° C/z dt

O lo que es lo mismo:

P1070 = p/t x t (6)

Siendo: P1070 =Valor de pasterización a z 10 °C y Tr 70 °C

p/t: valores letales en una temperatura T del proceso en un instante dado

t: intervalos de tiempo en los que se realizan las mediciones de temperatura.

Aplicando el concepto de seguridad de 12D-15D y considerando la D del microorganismo de referencia igual a 3, el valor de pasterización P debe estar entre 40 y 60 como índices de una adecuada eliminación de microorganismos patógenos que le conferirán estabilidad e inocuidad al producto cárnico luego del proceso de pasterización.

Al aplicar a esta definición el concepto de valor equivalente P, podemos asegurar que si tenemos por ejemplo, un producto tratado por calor en un proceso a temperatura constante de 80 °C donde se alcanzo un P = 40 minutos acumulados a través de la cocción y el enfriamiento, esto equivale a decir que el producto estuvo 40 minutos a 70 °C.

Este tratamiento térmico moderado solo inactiva los microorganismos vegetativos, pero las esporas psicrótrofas de Cl. botulinum tipo B y E pueden germinar y crecer lentamente aún por debajo de 10 °C, por lo que los productos necesitan ser almacenados por debajo de 5 °C.

6.2.- Valor de esterilización

Los cálculos de la letalidad total alcanzada mediante un tratamiento térmico de esterilización, se realizan sobre las mismas bases conceptuales vistas para el caso de la pasterización.

En los casos de esterilización el microorganismo elegido como referencia es el Clostridium botulinum, que aunque no es el masa termorresistente, es un peligroso formador de toxina altamente letal. Aunque esta toxina se inactiva en 10 minutos a 100 °C, muchos de los productos envasados en latas se consumen directamente sin tratamiento posterior de cocción, por lo que hay que garantizar con el proceso térmico es que dicho microorganismo se dañe de manera tal que no pueda producirla y esa precisamente es la definición de esterilización.

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El segundo paso es elegir una temperatura de referencia, que para la esterilización es de 121 °C y es la expresión en °C de la temperatura de referencia elegida por los primeros autores americanos: 250 °F, con un valor “z” de 10 °C.

Cuando la temperatura de referencia es 121 °C o 250 °F y el microorganismo de referencia tiene un valor z = 10 °C la relación de letalidad se denomina Fo y se conoce entonces que el microorganismo asumido es el Clostridium botulinum, y se denota como F10

121 .

El valor F se calculará como en el caso de la ecuación (5):

Ft= L(t) dt (7)

pero aplicado al proceso de esterilización, por lo que la ecuación tomando como microorganismo de referencia al Clostridium botulinum quedará entonces (Michels, 1982) :

Ft = 10 t-121° C/z dt

Fo = F10121 = f/t x t (8)

Siendo: F10121 =Valor de esterilización z =10 °C y Tr =121 °C

f/t: valores letales en una temperatura T del proceso en un instante dado

t: intervalos de tiempo en los que se realizan las mediciones de temperatura.

Dado que la muerte de las esporas comienza a temperaturas más bajas y bajo condiciones prácticas no es posible alcanzar inmediatamente en todos los puntos del autoclave y en el envase 12 1 °C, se incluyó el valor F como valor de comparación y como unidad de referencia para el cálculo del valor F en el caso de productos ligeramente ácidos se eligió el valor letal de 1 minuto a 121 °'C.

Una vez establecida la herramienta de comparación, será necesario decidir si el valor obtenido para cada uno de los procesos es o no adecuado. Esto será más importante en el caso de la esterilización, donde los productos no tendrán la protección adicional de la refrigeración y un tratamiento insuficiente constituye un riesgo para la salud publica.

Desde este punto de vista veamos cual sería el valor Fo mínimo en el caso más desfavorable que lo constituyen los alimentos poco ácidos (pH > 4,5), como son los productos cárnicos.

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Para garantizar una suficiente seguridad en las conservas esterilizadas se toma como base el concepto 12D, o sea, un tratamiento térmico que consiga 12 reducciones decimales, donde el calentamiento debe ser tan intenso que una espora de C. botulinum por envase se reduzca a 10-12,o lo que es lo mismo, que en un billón de latas sobreviva solamente una espora. Se podría suponer que la seguridad es excesiva, sin embargo se debe tener en cuenta que el supuesto contenido inicial de esporas pueda ser mayor, además de eliminar simultáneamente también aquellas esporas que son capaces de deteriorar la conserva y que presentan una mayor capacidad de resistencia al calor, como el C. sporogenes. Las esporas term6filas resistentes al calor deben ser consideradas solamente cuando las temperaturas de almacenamiento son elevadas, dado que por debajo de los 40 °C no pueden desarrollarse.

Para el de C. Botulinum, el valor de D 121 °C es igual a 0,21 minutos y z igual a 10 °C. Aplicar el concepto 12D a la ecuación (2):

Ft = D (log No – N) (2) No = 1 x 1012 esporas/ml N = 100 esporas/ml

D121ºC = 0,21 min

Tendremos:

Ft = 0,21 (log1012 – log100) = 12D = 2,52 min

Lo que implica que si pretendemos reducir un hipotético número de gérmenes en 12 potencias de 10, debe realizarse un calentamiento equivalente a 12 veces 0,21 minutos, lo que resulta igual a 2,52 minutos a 121 °C. Esto se designa también como una “cocción botulínica”.

Por lo tanto, cualquier tratamiento con un Fo mayor de 2,52 presentará una probabilidad de supervivencia para Clostridium botulinum menor de 10-12. En la práctica esto significa que suponiendo que antes del tratamiento térmico todos los envases producidos estén contaminados por una espora de Clostridium botulinum, después de un procesado de Fo = 2,5 se mantendrá una espora superviviente (un envase contaminado) por cada billón de envases tratados.

Pero, ¿Podríamos alcanzar en todos los puntos de los envases dentro del autoclave 121 °C de manera instantánea para con 2,5 minutos alcanzar 12D?

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Debido a la imposibilidad de alcanzar tal condición se aplica entonces el concepto de unidad de letalidad de referencia para un tratamiento térmico de esterilización equivalente a 1 minuto a 121 °C.

Por ejemplo, un tratamiento de F = 5 significa que la suma de todos los efectos letales de todas las combinaciones tiempo – temperatura en el proceso de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento EQUIVALEN a 5 minutos a 121 °C, asumiendo calentamiento y enfriamiento instantáneos, aunque el proceso haya sido realizado a 115°C durante 20 minutos.

6.3.- Valor de cocción

En la conservación por calor a menudo se considera solamente este objetivo sin tener en cuentas los efectos secundarios negativos que un tratamiento excesivo puede provocar.

Dada la complejidad de la acción de los tratamientos térmicos sobre los alimentos en general y sobre los productos cárnicos en particular, se hace necesaria su optimización para que se obtengan en cada caso los resultados buscados. Aunque el principal objetivo sea la destrucción de los microorganismos, no hay que olvidar que a la vez ocurrirán otros procesos deseables (destrucción enzimática, ablandamiento de los tejidos, mejora de la digestibilidad, etc.) que se deben controlar para que no produzcan efectos excesivos, y otros menos deseables, pero inevitables (destrucción de nutrientes, pérdida de cualidades organolépticas, etc.). Esta optimización debe garantizar que se alcancen los resultados deseables y se minimicen los indeseables, lo que inevitablemente se lograra con un tratamiento térmico controlado para un resultado global satisfactorio que no comprometa la calidad del producto pero si garantice su inocuidad. Para esto es necesario determinar el tipo de tratamiento térmico a aplicar en función del producto y de las condiciones de almacenamiento ulteriores.

Para evaluar objetivamente la medida de los daños por cocimiento existe en la practica un método para su evaluación y se define como valor de cocción y se define como la acción de una temperatura de 100 °C durante el tiempo de un minuto.

Su definición se ha hecho a través de diversos trabajos de investigación relacionados con la destrucción de la vitamina b (tiamina), la transformación de la clorofila, la oxidación del ácido ascórbico por efecto del calor, por ejemplo, obteniéndose diversos diagramas semilogarítmicos del daño por cocción en función del tiempo y la temperatura.

Lamentablemente en el marco de los daños por cocción de los productos cárnicos, especialmente en la correlación temperatura/tiempo, existen muy pocas investigaciones, por lo que para implementar un cálculo de valor C en el ámbito de los productos cárnicos se requieren más investigaciones, pues las modificaciones químicas (degradación de sustancias, vitaminas), físicas

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(color, separación de gelatina, firmeza) y sensoriales (aspecto, consistencia, aroma y sabor) debidas al calentamiento son muy diferentes y dependen fundamentalmente de la composición del alimento. Si se conocieran los valores z específicos de los productos, se podrían entonces seleccionar una o varias modificaciones para optimizar las modificaciones de calentamiento mediante las determinaciones del valor C teniendo en cuenta la seguridad microbiológica (Stiebing, 1986).

El objetivo de la optimización es determinar aquella condición de calentamiento que presente una suficiente seguridad microbiológica, un escaso valor C y en el que la diferencia de valor C entre del punto frío y la zona del borde del producto sea mínima .

Como en la inactivación de microorganismos por calor, estas modificaciones químicas, físicas y sensoriales se basan también en comportamientos logarítmicos y el cálculo del valor C se realiza en forma análoga a los ya discutidos P y F, .pero con otra temperatura de referencia y valor z.

Aplicando la ecuación (5):

Pt= L(t) dt (5)

a los daños por cocción, quedaría:

Ct= C(t) dt (9)

Si tomamos 100 °C y 33 °C como valores de temperatura de referencia y de z respectivamente, tendremos que los cálculos de los daños por cocción a 100 °C por un minuto pueden ser obtenidos mediante el método de adición de las fracciones parciales de dicho efecto en el tiempo a medida que aumenta la temperatura (Eistner, 1982).

C = 10 t-100/33 dt

C33100 = c/t x t (10)

Como este parámetro se relaciona con los “daños”, debe ser el mínimo posible.

Lógicamente, el efecto de este valor de cocción en la superficie de un embutido debe ser más elevado que en otro punto del producto, pues estos puntos están en contacto directo con el medio de calentamiento y están expuestos más tiempo a la temperatura de proceso. Cuanto menor sea la

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diferencia entre la temperatura y el medio de calentamiento se acumulara menor daño térmico Co y este es el basamento de la cocción escalonada, con la cual se pretende un fraccionamiento de los parámetros de calentamiento del proceso, ya sea de pasterización o de esterilización, de forma que la curva de temperatura interior se comporte con un ángulo constante ascendente (Eistner, 1982).

La diferencia fundamental entre el proceso de destrucción térmica de microorganismos y el efecto de cocción y destrucción de nutrientes es que sus parámetros cinéticos z y D son muy distintos. El valor del parámetro z es mucho mayor para los efectos de cocido que para los de inactivación microbiana y en términos generales, por cada 10°C de elevación de temperatura, el valor C se duplica mientras que el efecto esterilizador se incrementa 10 veces. Esta es la base de que los tratamientos a alta temperatura y corto tiempo (HTST) tengan muy poco efecto de cocción (Casp, 1999), aunque son aplicables básicamente a productos líquidos. Estos procesos afectan muy poco las propiedades de los productos, aunque las temperaturas sean más altas debido al corto tiempo de aplicación, por lo que su empleo en el tratamiento térmico de jugos, por ejemplo, propicia características comparables en calidad al jugo en estado fresco. (López, 1987). Se aplica en equipos de procesamiento continuo con suficiente eficiencia en el intercambio térmico como para asegurar el tratamiento aplicado en el corto tiempo de exposición al calor.

En la Tabla 6.1 se aprecia la reducción del valor C con el incremento de la temperatura y la reducción del tiempo de proceso, para un mismo valor de Fo.

Tabla 6.1.- Relación entre Fo – Co

Temperatura delPunto crítico (ºC)

Tiempo de acción (minutos)

Fo Co

100 100 0,77 100,0

110 10 0,77 20,1

120 1 0,77 4,0

130 0,1 0,77 0,8

BIBLIOGRAFÍACasp, A., Abril, J. (1999).- “Procesos de conservación de alimentos”. Colección tecnología de alimentos, Ed. Mundi-Prensa, España.

Eistner, M. (1982). – “La pasterización de semiconservas de jamón. El `proceso selectivo por etapas”. Fleischwirstchaft español, 2: 36-42

39

López, A. (1987).- “Complete course of canning”. Book 1,2,3. Ed. The canning trade. N. Y.

Michels, L. (1982).- “La transferencia de calor en los productos alimenticios en relación con parámetros de esterilización de las conservas”. Rev Agroquim. Tecnol. Aliment. 22, 1:55-64.

Stiebing, A. (1986).- “Calentamiento y conservabilidad del embutido escaldado”. Fleischwirstchaft español, 1:34-43.

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CAPITULO 7.- MÉTODOS DE CÁLCULO J. Yánez Querejeta Rosa M de la mella

A partir de los descubrimientos de Appert, se han desarrollado investigaciones dirigidas a la determinación de los parámetros de esterilización capaces de asegurar la estabilidad de las conservas manteniendo la calidad. Al principio, el establecimiento de estos parámetros se hacia por tanteo para un producto dado en un formato en particular y a una sola temperatura. Si aparecía alguna dificultad en la conservación entonces el tiempo se prolongaba unos minutos hasta obtener la estabilidad. Este procedimiento empírico necesitaba un número muy grande de ensayos y provocaba una alta frecuencia de errores, por lo que la aplicación de la teoría y el conocimiento acumulado sobre el tema permitió el desarrollo de métodos de cálculos de los procesos térmicos desarrollados en la década del 20 en el siglo pasado por Bigelow (1921) y Ball (1923). Estos métodos iniciales y los desarrollados a partir de ellos se han basado en la teoría de transferencia de calor en los alimentos y en la cinética de inactivación o de destrucción térmica de los microorganismos o la destrucción de las enzimas. Su desarrollo fue a partir de la necesidad de conservación de los alimentos en envases cerrados por largos periodos de tiempo, pero como la base de destrucción microbiana la rigen los mismos conceptos aplicables a los producto pasterizados, son aplicables igualmente.

A continuación veremos algunos de estos métodos de calculo.

7.1.- Método gráfico

El método gráfico surge de los razonamientos lógicos llevados a cabo sobre el estudio de la muerte térmica de los microorganismos y en la esterilización parcial y su importancia consiste en que sirvió de base para el desarrollo de los restantes, como son el método general.

El método se basa en los datos obtenidos de una curva de muerte térmica y otra de penetración de calor en un recipiente. En una curva de penetración de calor la esterilidad viene dad por las esterilidades parciales o razones letales. Para la construcción del gráfico se pone el tiempo en el eje de las abscisas y las razones letales correspondientes a la temperatura del producto, en el eje de las ordenadas. Las características de este método es la solución grafica del calculo de F, el empleo de la curva TDT para obtener y el área bajo la curva se puede medir con un planímetro o se pueden contar los cuadros del papel. Gráficamente, se obtendrían una serie de cuadros más o menos rectangulares , correspondiente a los intervalos de tiempo en que se toman las lecturas.

Las ventajas de este método están en su sencillez, es la base de todos los demás métodos e introduce el concepto de la contribución de todas las temperaturas al valor de esterilización. Además no requiere de grandes cálculos matemáticos.

Como desventaja principal se puede resaltar que los resultados obtenidos no son extrapolables a otros procesos realizados a diferentes temperaturas en tiempos diferentes. Con este método no era posible comparar una esterilización de X minutos T temperatura con otra de Y minutos a T2

temperatura y no sabemos cual es mayor no si son equivalentes.

41

7.2.- Método general

El método general es una variante del método gráfico y es un procedimiento para la integración del efecto letal de varias relaciones tiempo-temperatura en un determinado punto del alimentodurante el proceso térmico. Con los valores obtenidos de las mediciones realizadas se obtiene una curva que representa las temperaturas existentes durante el proceso. Cada temperaturarepresentada como un punto de la curva se considera que tiene un valor letal.

Era fácil comprender que con el método grafico no era posible comparar una esterilización de X minutos a T temperatura con otra de Y minutos a T2 temperatura y no sabremos cual es mayorni si son equivalentes.

La mayor contribución de Ball (1923) fue la introducción del concepto de la curva hipotetica que pasa por un minuto a 250° F, ese valor lo llamó F y desde entonces es sinónimo de esterilización, o mejor dicho de procesamiento. Ese concepto nos permite obtener valores de esterilización que toman como punto de referencia a F y después es posible comparar los procesos resultantes.

Veamos primero la fórmula, obtenida a partir de la figura 7.1

0.1

1

10

100

1000

210 220 230 240 250 260T (°F) T

log

log

log

10

log

t – lo

g

ZF

t

t

Figura 7.1.- Parámetros para el cálculo por el método general

Si nos referimos a la figura por semejanza de triángulo tenemos:

42

ZT

LogFLogtLog 250

10 Pero Log 10 = 1

Invirtiendo y multiplicando por –1

ZTtLogFLog 250

ZT

tFLog 250

log

ZTLogt

FL 2501

Donde:

Z: Pendiente de la curva TDTF: Minutos para destruir el microorganismos a 250°F ó 121 °C T: Temperatura que se está considerandot: Tiempo para destruir el microorganismo en T, si F= 1 t/F: Cuando F difiere de 1 F/T: Razón letal a T T: Tiempo de muerte térmica.

Con el valor de la razón letal calculada según la anterior fórmula se construye un gráfico, pero en este caso la esterilización siempre tiene como punto de referencia a F y la temperatura de referencia será 250°F ó 121 °C y en el eje de las coordenadas se coloca la razón letal correspondiente a los puntos de la curva. El área se calcula por diferentes métodos y el resultado es un proceso que se expresa en número de F que pueden ser comparados con cualquier otro proceso a otra temperatura durante un tiempo diferente.

Ejemplo para el cálculo de la razón letal.

TiempoMinutos

TemperaturaPunto frío

250 – T Z

T250

F

Razón letalF

2 217 33 1.665 46.24 0.216

Nota:

1.665 es log T/F y F/T = 24.46

1

Las razones letales aparecen tabuladas en textos sobre el tema para diferentes valores de Z. Para ello consideran a la razón letal como L y la curva que pasa en un minuto por 250°F, tenemos:

43

ZTLogTdondede

ZTTy

T F250250

log1

1 1)1(

lo que hace a L = TZ

TLog 12501

Si utilizamos esta fórmula que relaciona distintas temperaturas y distintas Z como base, el concepto de razón letal toma una forma abstracta que solo está en función de Z y de T. Podemosconvertir entonces el área de esterilidad A considerada como unidad en el área de unidad de letalidad y tendremos, por definición de esterilidad.

1Tdtt

c pero sabemos que: ZT

FT )250(

10

que sustituyendo y arreglando queda: ZTxFT

/)250(1011

que es igual a FL

FZt /)250(1log

1 y sustituyendo e integrando

t

o Tdt

1dtFLt

o ó

t

oFLdt

7.3.-Método matemático.

El método matemático fue desarrollado por Ball (1923) y su utilización consiste en poder calcular importantes parámetros térmicos o de operación mediante la utilización de correlaciones matemáticas.

A diferencia de los métodos de integración gráfica vistos anteriormente, el método matemáticodesarrolla, partiendo de la curva de penetración del calor real recibido por el producto unas correlaciones que le permiten conocer el valor de esterilización aplicado al producto. En este método se definen algunos parámetros que son necesarios manejar antes de conocer el método.

Para diseñar o evaluar un proceso de tratamiento térmico se parte de la obtención de una data de penetración del calor (T vs t) obtenida para el punto de calentamiento más tardío y para obtener la curva de calentamiento se plotea la diferencia entre la temperatura del autoclave y la temperatura del producto en la escala logarítmica contra el tiempo en la escala lineal. Este procedimiento se realiza con una rotación de 180° del papel semilogarítmico. Para obtener la curva de enfriamiento se plotea la diferencia de la temperatura del producto y la temperatura del agua de enfriamiento contra el tiempo en la escala lineal. En la figura 7.2 se puede apreciar losdiferentes parámetros que intervienen para los cálculos.

44

.La parte recta de la curva de calentamiento se extrapola hasta el origen, dando un punto correspondiente a –log (RT-TA), siendo TA la temperatura seudoinicial.

La integración analítica de los valores de F serealizo por Ball (1923) a partir de la evolución logarítmica lineal de la diferencias detemperaturas en el calentamiento desde TA hasta Tg y en el enfriamiento a partir de este puntohasta el final. Suponiendo que las pendientes fh y fc son idénticas, Ball (1923) propuso una integración de los valores de F para el conjunto de la evolución de temperaturas desde el calentamiento hasta el final del enfriamiento.Figura 7.2.- Representación

logarítmica de las curvas de calentamiento y enfriamiento Prácticamente, conociendo el tiempo de

calentamiento B a temperatura constante RT, la temperatura de enfriamiento Tc, el valor de Z y la temperatura inicial Ti y habiendo determinadopor mediciones experimentales la data t-T del proceso en el centro térmico del envase, se llevana las ordenadas los logaritmos de las diferencias de temperaturas reducidas (RT- TI)/(RT-T) o ellog (RT-T) o incluso directamente T sobre papel logarítmico que se ha girado un ángulo de 180 ° y en las abscisas el tiempo. Se obtiene entonces figuras como la 7.3 que tienen una parte lineal y diferentes pendientes en función del tipo de mecanismo de transferencia de calor. Como puede notarse la mayor pendiente la presenta la curva del mecanismo de conducción lo que significa un mayor “retraso térmico” en la velocidad de penetración de calor. En esta fase se determina fh ola inversa de la pendiente y se prolonga la recta hasta el eje de las Y para obtener el logaritmo(RT-TA) o TA.

La ecuación de la recta de calentamiento es:

convección

conducción

conducción yconvección

dos pendientes

B = fh (Log (RT-TA) – Log (RT _ Tg) Y se deduce que:

Log (RT _ Tg) = Log g =Log (RT – TA) – B/fh

El log g esta tabulado para los valores de Z y (RT – Tg) determinados en función de un factor fh/U, siendo:

Figura 7.3.- Evolución teórica de la temperatura en los productos según el mecanismo predominante depenetración de calor

45

U = F z 121 x 10 121-RT/Z

Siendo:

U = Equivalente en minutos a la temperatura del autoclave de todo el calor letal recibido por un punto de la lata durante el proceso.

F = Equivalente en minutos a una temperatura de referencia de todo el calor considerado con respecto a la capacidad para destruir células vegetativas o esporas de un microorganismodado.

Este valor de fh/U se introduce entonces en la expresión, dando el valor de F del tratamientotérmico.

F z121 = fh/fh/U x 10 RT- 121/Z

Este método es más rápido que los anteriores y su principal ventaja es que permite a partir de un F determinado por un tiempo de proceso B aplicado de antemano, calcular otro valor de F, a partir del calculo de un fh/U y de las tablas el valor de g correspondiente, el que se introduciría en la ecuación y con el F deseado determinar el nuevo tiempo de proceso B.

Como ya se conoce, B es el tiempo de proceso medido desde el instante en que el autoclave alcanza la temperatura de trabajo hasta el momento en el cual se interrumpe la entrada de vapor,pero hay un tiempo de calentamiento en el que el autoclave esta aumentando su temperaturapara alcanzar las condiciones de trabajo, llamado l y conocido como coming up time en la literatura sobre el tema. Si consideramos que desde el punto de vista practico el 40 % de este tiempo puede ser considerado como tiempo de proceso, entonces:

B = Pt + 0.4 l

B = Tiempo total del procesoPt = Tiempo a partir del instante en que el autoclave alcanza la temperatura de trabajo hasta

que es cerrada la entrada de vapor l = Tiempo requerido para alcanzar la temperatura del autoclave cuando se abra la entrada de

vapor.

Como puede apreciarse, con este método se calcula el valor de F de un tratamiento térmico ya realzado y no da la posibilidad de diseñar de antemano el valor F a aplicar a un producto dado enfunción del tipo de producto y de las condiciones posteriores de conservación.

7.4.- Método de Patasnik

Las limitaciones de este método matemático fueron resueltas por Patasnik (1953) mediante el desarrollo de un método de calculo muy sencillo y práctico para la determinación del valor de esterilización y pasterización, que se basa en el conocimiento de las razones letales en cadaminuto de proceso a la temperatura del mismo durante el calentamiento y el enfriamiento y a través del tiempo de aplicación del calor y de una forma muy sencilla se pueden sumar estos valores de f/t que además se encuentran tabulados en función del microorganismo para los

46

distintos valores de Z. que se toma como referencia para el proceso, ya sea el proceso de esterilización como de pasterización (Stumbo, 1973).

El producto de la sumatoria de estas razones letales por el valor del intervalo de tiempo escogido, da directamente el valor F del proceso, según la siguiente fórmula (Patashnik, 1953).

Tf

Fo = t (F/t) Ti

Donde: F/t – razón letal. t – intervalo de tiempo constante en minutos.

La ilustración del método se presenta en la figura 7.4.

Este método da la posibilidad de un calculo directo a la vez que esta sucediendo el proceso y con esto se puede alargar el proceso o interrumpirlo cuando se considere que se ha alcanzado lasrazones letales suficientes.

Cuando los procesos son largos, las mediciones pueden realizarse cada varios minutos que serian fijos para la realización de las mediciones de tiempo y el factor delta t daría entonces la posibilidad de tener en cuenta los valores f/t que no se tuvieron en cuenta de manera puntual.

F/t

F

tF = F/t x t

Figura 7.4.- Ilustración del valor F.

BIBLIOGRAFÍA

Ball,, C. O. (1923).- “Thermal process time for canned foods”. Bolletin of the National Research Council. V 7, part 1, # 37 :76.

Bigelow, W. (1921).- “The logaritmic nature of thermal death time curves”. Inspect. DIS., 29:582-536.

Patashnik, M. (1953).- Food Techn. 7: 1.

Stumbo, C. (1973).- “Termobacteriology in food processing”. Ac. Press Inc. 2da Ed. NY.

47

CAPITULO 8.- CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICASR. M. de la Mella

Desde 1970 fue realizada por Leistner una clasificación de las conservas de carne en función de la intensidad del tratamiento térmico que se aplique y en ella pueden distinguirse 6 tipos de conservas en dependencia del calor aplicado para la destrucción de los microorganismos:semiconservas, tres cuartos , totales y conservas tropicales (Stiebing, 1986). En la Tabla 8.1 se aprecia como solo los tres primeros solo son estables y seguros si se almacenan en refrigeración. El resto de las categorías de productos pueden almacenarse sin refrigeración en función de la temperatura ambiente del lugar donde se fabriquen y del destino del producto.

Tabla 8.1.- Clasificación de los productos cárnicos según el tratamiento térmico aplicado

Denominación y tiempo de almacenamiento Temperatura Flora que se elimina

Grupo 1 Semiconservas

6 meses a aprox. 5 ° C

65 – 75 ° C

P: entre 40 y 60

microorganismosvegetativos

Grupo 2 Conservas tres cuartos

1 año a t < 10 ° C

F = 0,6-0,8

Temp. aplicada 105- 108 ° C

+ esporas de mesófilos

Grupo 3 Conservas totales

4 años a t = 25 ° C

F = 4 - 5,5

Temp. aplicada 117- 130 ° C

+ esporas declostridium

Grupo 4 Conserva tropical

1 año a 40 ° C

F = 12-15

115 -121 ° C

+ esporas declostridium termófilos

Las semiconservas o productos frescos se calientan solamente a una temperatura central de 65 a 75 °C que es suficiente en general para la inactivación de los microorganismos vegetativos. Dado que no es imposible que en este tipo de productos sobrevivan cepas psicrótrofas de C. botulinum tipo B y E, las que poseen capacidad de reproducción también por debajo de los 10 °C, se hace necesario un almacenamiento por debajo de los 5 °C durante un tiempo limitado. Sin embargo,con un elevado contenido inicial de microorganismos sobreviven también frecuentemente los estreptococos resistentes al calor, los que con su reproducción pueden originar una acidificación de los productos. El tipo de envase o tripa o la contaminación durante el cortado (preenvasado) influye considerablemente sobre la conservación del producto fresco. La temperatura de almacenamiento de 10 °C no debe ser superada dado que se puede producir un desarrollo de las esporas mesófilas que no han sido eliminados por el calentamiento.

En las conservas tres cuarto se destruyen los microorganismos vegetativos, las esporas psicrótrofas (Clostridium botulinum tipo B, E) y esporas de bacilos mesófilos, pero no las cepas proteolíticas resistentes al calor de Clostridium botulinum tipo A y B para lo cual se requiere un

48

valor F de 2,5. Por eso, para evitar una reproducción de estas esporas se requiere también un almacenamiento de los productos a temperaturas por debajo de 10 °C y el almacenamiento puede superar el año. No obstante, a menudo se conservan estas productos a temperatura ambiente (25 ° C) por más de un año sin alteraciones, lo que se atribuye al efecto de algún obstáculo adicional como es el nitrito y a una contaminación inicial de esporas muy bajo (Muller, 1989).

Para el caso de conservas totales no resulta suficiente la cocción botulínica (F = 2,5) y se calienta a valores de F entre 4,0 y 5,5, para asegurar de esta manera también la destrucción de Clostridium sporogenes resistentes al calor . En los países cálidos o fríos donde puede considerarse 25 °C como temperatura ambiente, pueden tener una durabilidad de cuatro años sin refrigeración. Aquí la conservación se ve limitada no por el factor microbiológico sino por un deterioro abi6tico, es decir, el relacionado con modificaciones químicas en las características sensoriales y no por deterioro microbiano, debido a temperaturas elevadas en un almacenamiento prolongado. Dado que las esporas termófilas sobreviven en las conservas totales, éstas no se pueden conservar a temperaturas de 40 °C.

Para la obtención de conservas para zonas tropicales se requieren valores F de 12,0 a 15,0 mediante lo cual se inactivan todas las especies microbianas. A temperaturas de almacenamiento de 40 °C se produce una rápida degradación química (abiótica) del contenido, por el tiempo de almacenamiento no debe superar el año a menos que se tomen medidas para evitar la aparición de rancidez del contenido y cambios de coloración en la superficie debido a problemás de permeabilidad del material de envase.

En la actualidad se pueden encontrar en el mercado conservas de este tipo en las que el fabricante garantiza el producto por tres y hasta por cuatro años, lo cual se logra con el empleo en ocasiones por más de un aditivo para su conservación donde se aprovechan las características sinérgicas de estos y se logra en evitar la oxidación de las grasas y la estabilidad en el color, además de elaborarse bajo buenas practicas de elaboración, tanto tecnológicas como de higiene en el proceso (Mella, 2002).

Para los productos clasificados conforme a esta tabla, el obstáculo preferencial respecto al crecimiento microbiano lo constituye el tratamiento térmico, prestado especial atención solamente al calentamiento y a la conservación bajo refrigeración . Así, cuando se aplica un agente único de conservación, este debe aplicarse en forma muy drástica, a niveles extremos, para lograr buenos resultados (Yánez, 1989).

Sin embargo existen otros factores además de la temperatura, como pH, aw, potencial redox que si se ajustan a niveles subcríticos pueden resultar en un conjunto critico para el microorganismo en cuestión. Un pH ligeramente inferior al óptimo, una aw también inferior individualmente considerados, podrían no tener un efecto de importancia, pero de conjunto crean una situación donde el microorganismo muere o queda dañado, siendo fácil de matar con un tratamiento moderado (Leistner, 1982).

49

La eliminación de los microorganismos y la estabilidad microbiológica del alimento mediante la adecuada combinación de los mismos se conoce como “efecto de obstáculos”. Esta teoría fue desarrollada por Leistner (1979) y ha servido de base al desarrollo de varios productos que se conservan sin refrigeración, mediante el conocimiento de que pequeñas variaciones de los distintos “obstáculos” poseen un gran efecto en la suma de los mismos, pudiendo por lo tanto modificar sustancialmente la estabilidad de un producto cárnico (Muller, 1989).

Para el caso de embutidos escaldados son importantes los obstáculos de t (baja temperatura), valor F (elevada temperatura), aW (poca agua disponible), valor Eh (disponibilidad de oxigeno disminuida) y el empleo de aditivos conservantes. Los productos resultantes de la aplicación de estas tecnologías se conocen como productos autoestables (SSP; Shelf Stable Products de sus siglas en ingles) y se elaboran mediante un calentamiento moderado en recipientes que impiden la penetración de microorganismos (latas, frascos, plásticos, tripas, etc.) conservándose sin refrigeración.

En función del obstáculo que resulte más importante para la estabilidad microbiológica del producto se clasifican en: aw-SSP, F- SSP y PH-SSP.

En la Tabla 8.2 se puede apreciar los requisitos de elaboración para la estabilidad de dichos productos.

Tabla 8.2.- Criterios determinantes para la estabilidad de los productos autoestables.

Obstáculos fundamentales Condiciones de elaboración

aw-SSP 75 °C en el centro; aw < 0,95

F-SSP F > 0,4; aw= 0,97 o 0,96; pH < 6,2

PH-SSP 75 °C en el centro; pH < 5,4; aw < 0,97

8.1.- Aw-SSP

Dentro de los aw-SSP puede citarse a la mortadela italiana como embutido de conservación prolongada. Para su estabilidad mierobiol6gica es un requisito indispensable que mediante el calentamiento del producto a aproximadamente 80 °C se destruyan los microorganismos vegetativos.

La disminución de la aw por debajo de 0,95 a través de la formulación o el secado impide que las esporas sobrevivientes al calentamiento se puedan reproducir. Leistner (1985) recomienda no adicionar agua a la formulación y emplear una parte de la materia prima cárnica cocinada para disminuir la aw, logrando además una merma en horno del 10-15 %. En el almacenamiento de

50

este producto se produce una disminución del número de esporas, porque aunque los esporas de las especies de bacilos pueden germinar a valores de aw inferiores, no se pueden multiplicarse (Leistner, 1987). Un reducido potencial redox contribuye también para la estabilidad dado que inhibe a los bacilos tolerantes a la aw. Se embuten en tripas permeables donde pueden mantener su calidad hasta un año a 20 °C. En estos productos el deterioro abiótico limita la conservación.

8.2.- F-SSP

Desde hace mucho tiempo existe en el mercado alemán salchichas enlatadas con tratamientos de ¾ conservas y almacenadas a menos de 10 °C, sin embargo, se puede producir este producto con estabilidad sin refrigeración con los daños subletales que provocan las aw y el Eh y estables a temperatura ambiente (Leistner, 1987).

Estos productos se elaboran en autoclaves a temperaturas superiores a 100 °C y se logra mediante el calentamiento la destrucción de los microorganismos vegetativos y las esporas psicrótrofas, mientras que los demás esporas sobrevivientes son lesionados subletalmente debido a este calentamiento, en combinación con la disminución de la aw y otras vallas, de tal forma que tampoco se puedan desarrollar durante el almacenamiento sin refrigeración. Para el caso de los embutidos escaldados con nitrito resulta suficiente una disminución de la aw por debajo de 0,97 mientras que para el caso de los productos sin nitrito la aw debe ser inferior a 0,96. Si además se mantiene un pH inferior a 6,5, entonces estos productos pueden ser conservados durante algunos meses sin refrigeración. Cuanto más elevado es el calentamiento, tanto mayor es la seguridad que se ofrece.

8.3.- pH-SSP

Los productos cárnicos con pH < 4,5 son inaceptables desde el punto de vista sensorial, sin embargo, se pueden elaborar salchichas en gelatina con este pH mediante la adición de ácido acético o GDL y almacenarlo sin refrigeración después de un tratamiento térmico ligero. Estos productos deben ser cocidos hasta 80 °C y su aw reducida hasta valores menores de 0,97, con un pH entre 5,4 y 5,6. Los microorganismos son inhibidos con estos valores de pH y los restantes obstáculos (Leistner, 1987).

Resulta fundamental en la elaboración de productos SSP, que no exista la posibilidad de una recontaminación debido, por ejemplo, a una falta de impermeabilidad de los envases. Esto es valido especialmente para los productos en tripas y cocidos en autoclaves, en los que se ha podido comprobar un gran porcentaje de permeabilidad en los cierres .

Estos tipos de productos son adecuados para países menos desarrollados para evitar el alto costo de la energía eléctrica, sin embargo, también son de interés para los países desarrollados y en particular para las raciones para el ejercito, debido a que los soldados prefieren los alimentos frescos antes de las raciones enlatadas (Leistner, 1994). Su mayor ventaja viene dada por su escaso calentamiento que implica un alto valor nutritivo y menor costo de fabricación y la

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eliminación de la energía necesaria para la refrigeración en el almacenamiento (Leistner,92; Leistner, 1993).

BIBLIOGRAFÍA

Leistner, L. (1982).- “Ahorro en el consumo energético en la industria cárnica”.

Fleischwirstchaft español, 22-27.

Leistner L. (1985).- “Hurdle technology applied to meat products of the Shelf stable productsand intermediate moisture food type” in “ Properties of water in foods”. Edited by D. Simatos and J.L. Multon. England

Leistner, L (1987).- “SSP and intermediate moisture food based on meat” in “Water activity: Theory ana applications to food”. Ed. L.Rock and L.Beuchat, N.Y.

Leistner, L. (1992).- “Food preservation by combined methods”. Food research international 25, 151-158

Leistner, L. Hechelmann, H. (1993).- “Food preservation by hurdle technology”. Proceeding of Food preservation 2000 Conference, october, 1-10.

Leistner, L. (1994).- “Further development in the utilization of hurdle technology for food preservation”. J of food Engineering 22:411-422.

Mella, R. M. (2002). – “Principales aditivos empleados en la industria cárnica” En prensa.

Muller, W., (1989).- “Heat treatment and smoking of kochwurst and cooked cured products”. Fleischwirstchaft, 69 :1830-1835

Stiebing, A. (1986).- “Calentamiento y conservabilidad del embutido escaldado”. Fleischwirstchaft español, 1:34-43

Yánez, J.; Santos, R.; Andujar, G. (1989).- “Importancia de los procesos térmicos en los productos cárnicos”. Boletín técnico 31, “El tratamiento térmico en los productos cárnicos” ” en “El tratamiento térmico en los productos cárnicos”, Boletín Técnico 31, IIIA paginas 1-8.

52

CAPÍTULO 9.- CÁLCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO R. M. De la Mella

Los cálculos del valor de letalidad de un proceso de pasterización o esterilización exigen el conocimiento de la evolución de la temperatura en función del tiempo en el punto crítico del producto durante el tratamiento térmico. Es necesario además que los intervalos de tiempo entre mediciones sea siempre el mismo, siendo más recomendable periodos cortos, entre 5 y 10 minutos para embutidos de pequeño calibre, que pueden ser más espaciadas para productos gruesos y en moldes así como en los enlatados. Para la realización de los cálculos nos valdremos de la ecuaciones:

P1070 = p/t x t (6)

F10121 = f/t x t (8)

Ya sea el proceso de pasterización o esterilización.

Afortunadamente y para facilidad de los cálculos existen tablas que brindan los valores f/t y p/t a diferentes temperaturas, lo que simplifica ampliamente el trabajo y convierte este método de Patashnik en el más empleado (Patashnik. 1953), como ya se estudio en el capitulo 7.

A continuación se expondrá mediante ejemplos practico los cálculos para los dos tipos de proceso.

9.1.- Cálculo del valor letal del proceso de pasteurización

La Tabla 9.1 muestra los valores de tiempo, temperatura y valores letales del tratamiento térmico de un embutido de 22 centímetros de diámetro y 10 de largo cocido en baño de agua y se puede apreciar la influencia de la temperatura en el incremento de los valores letales y en el valor de pasterización total. Se ensayaron dos procesos diferentes; 7 minutos a 90 °C del medio de calentamiento y ese mismo tiempo con el agua a 95 °C.

El cálculo del valor de Po se realizó determinando las fracciones letales a la temperatura del producto en el centro térmico cada 1 minuto y sumándolas sucesivamente hasta terminar el proceso. Durante los 7 minutos que transcurrieron durante la cocción el Po a 90 °C fue solo de 9,5 que se incremento a 22,25 durante la fase de atemperado, sin embargo, al aumentar la temperatura de proceso se alcanzó en la cocción un Po de 31,1 que se completo en el atemperado con valores de 69,41.

53

De este ejemplo se puede apreciar también como alcanzar valores de 70 °C o más como es el caso de la cocción a 90 °C no son suficientes si el diámetro del embutido es pequeño, debido a que la elevación de la temperatura es rápida en corto tiempo e insuficiente para alcanzar la pasterización requerida. Puede apreciarse también como el incremento de la temperatura en el punto frío una vez que se detiene la aplicación de calor es más discreto en el tratamiento a 90 que en el de 95 y por tanto, el valor de las fracciones letales parciales es menor y se acumula menor Po total.

Tabla 9.1.- Penetración de calor en embutido cocido en agua a diferentes temperaturas (Bencomo, 1993)

7 minutos – 90 ºC 7 minutos – 95 ºC

Tiempo(minutos)

Temperatura Pi Tiempo(minutos)

Temperatura Pi

0 7,0 0 7,0

1 16,4 1 17,1

2 32,8 2 35,8

3 46,4 0,0044 3 53,16 0,0204

4 57,8 0,0643 4 64,11 0,2774

5 66,8 0,5433 5 73,2 23,667

6 73,6 2,8342 6 79,13 10,4950

7 78,3 9,5446 7 83,14 31,100

1 79,6 18,71 1 84,1 56,7

2 74,4 21,46 2 79,36 65,01

3 67,8 22,07 3 75,6 68,64

4 61,6 22,21 4 68,1 69,28

5 56,3 22,25 5 61,4 69,41

Veamos ahora mediante otro ejemplo la influencia de la temperatura de proceso en embutidos de diferentes diámetros.

En la Tabla 9.2 se presenta un tratamiento térmico hasta 70 ° de temperatura interior en embutidos de 22, 60 y 120 mm de diámetro, del que se pueden hacer varios análisis.

Independientemente del medio de calentamiento, ya sea en cámara de horno o por cocción en baño de agua, la penetración de calor en los embutidos ocurre por conducción desde de las capas

54

más externas del embutido y en contacto con el medio de calentamiento, hacia el centro térmicodel producto, que como ya se ha explicado se encuentra en el eje central de la pieza.

Tabla 9.2.- Proceso térmico de embutidos de diferentes diámetros

Centro SuperficieProducto

Máximatemperatura

interna

TiempoProceso

(cocción) Po Co Po CoTiempo hasta

50 ° C

Perrocaliente(Ø22cm)

702h

10 min.

33,230,33

33,56

6,510,627,13

- - 20 min.

Salchichón(Ø 60cm)

71 3 h29,3714,3743,74

7,133,92

11,05

34,4989,41

123,90

7,807,53

15,3350 min.

Jamón(Ø120cm)

73 4 h 30 min.30,0122,0052,01

8,227,94

16,16

27,2986,81144,6

13,6618,2331,89

90 min.

A medida que se incrementa el diámetro de la pieza el punto de mayor retraso térmico se alejamás del medio de calentamiento y la penetración de calor se hace más lenta, por lo que en igualdad de condiciones de cocción, un embutido fino como el perro caliente, por ejemplo,alcanza los 70 °C en dicho punto en menor tiempo que un salchichón y este más rápido que el jamón . De igual modo, la temperatura interna comienza a descender también más rápidamentecuando comienza el atemperado o el duchado en las piezas de menor diámetro, lo que provocaque la acumulación de efectos letales f/t durante esta fase del proceso sea menor a menordiámetro. A medida que aumenta el diámetro, no son suficientes los Po obtenidos en la cocción pero se complementan con los obtenidos en el atemperado.

Al calentar embutidos de diferente calibre hasta una temperatura igual en el centro, entonces forzosamente el de mayor calibre ha sufrido un efecto de calentamiento más elevado debido al

aumento más lento de la temperatura y esta diferencia se incrementacuando aumenta el calibre de la pieza. Enla Figura 9.1 se puede apreciar más claramentela diferencia entre lascurvas de penetración de calor en función del calibre del embutido

Jamón embuchado

Salchichón

Perro caliente

0 100 200 300

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Tem

pera

tura

(°C

)

Figura 9.1.- Curvas de penetración de calor de productos de diferentes diámetrosen función del tiempo. 55

Las Figuras 9.2 y 9.3 corresponden a la cocción del salchichón y jamón,respectivamente yse pueden apreciar las curvas que sirvieron de calculo para el valor C.Obsérvese como la pendiente en casodel salchichón es menor tanto para la superficie como para el punto frío por tener menordiámetro y se

aprecia también un descenso más marcado de la temperatura cuando cesa el calentamiento,mientras que el incremento de la temperatura en el punto frío es mayor para el jamón después de terminada la cocción.

Tiempo (min)

Tem

pera

tura

(ºC

)

1- superficie 2-centro

21

Figura 9.2.- Curvas de penetración de calor en el centro y superficie en Salchichón

Veamos ahora la influencia del método de cocción en un mismo producto (Tabla 9.3). Estos datos (García, 1992; Santos, 2001) corresponden a diferentes regímenes de tratamientostérmicos probados para estudiar la calidad de fiambres cocidos en moldescon diferentes métodos.

Figura 9.3 .- Tratamiento térmico del jamón embuchado. Datos delcentro y superficie

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

0 5 0 10 0 1 5 0 2 0 0 25 0 30 0 3 5 0 4 0 0

T i em p o ( m i n )

Te

mp

er

atu

c e n tr o s u p e r f ic ie

Tem

pera

tura

56

Tabla 9.3.- Influencia del método de cocción sobre los parámetros de proceso

TratamientoMáximaTemp.interna

Tiempococción(min)

Tiempoenfriamientohasta 40 ° C

Calor consumido (Kcal/t de producto)

Po Co

At = 40°C y cocción a

95 ° C 71 270 2 h. 20 min 11517

21,5044,9766,47

6,407,25

13,65

BCocción a

80 °C 70 210 2 h. 20 min. 146057

21,5750,6672,23

7,996,30

13,29

DCocción

escalonadat = 25°C

70 400. 2 h. 20 min. 14166231,7438,7370,47

10,118,72

18,83

ECocción a

95 °C 72 150 2 h. 20 min. 180285

21,9051,4073,30

5,259,174,42

Respecto a los tiempos de cocción se aprecia el tratamiento más largo con la cocción escalonada para el mayor valor de Co, sin embargo, con una cocción a 80 °C desde el inicio se reduce el tiempo casi a la mitad con un mismo gasto energético. Como se ha explicado, los menores valores de daño por cocción ocurren a las mayorestemperaturas con lostiempos de procesos máscortos como se aprecia en el tratamiento E, sin embargoel gasto energético essuperior debido a que ocurren muchas pérdidas evaporativas. No obstante esta diferencia en losvalores de Co, no se encontró diferencia

significativa desde el punto de vista sensorial en la calidad de los productos sometidos a los diferentes tratamientos térmicos, recomendándose entonces emplear una cocción a temperatura constante de 80 ° C, que se corresponde con tiempos cortos de proceso y un gasto energético razonable. La Figura 9.4 ilustra mejor el comportamiento en el tiempo de estos procesos.

Figura 9.4.-Tiempos total de proceso de diferentes tratamientos

57

La homogeneidad en la distribución de calor dentro de las cámaras de cocción es un aspecto importante para garantizar la calidad de todos los productos cocidos en ese lote, su inocuidad y estabilidad. Si por desperfectos técnicos o constructivos no se garantiza la misma temperatura entodos los niveles del horno, la distribución de calor no es homogénea y pueden coexistir piezas de producto terminado que no han alcanzado la temperatura requerida al mismo tiempo con otros con tratamiento excesivo. Aunque con las formulaciones empleadas en la actualidad son efectivas las temperaturas internas superiores a los 70 °C para la gelificación de los almidonespresentes, y estos valores superiores a 70 °C dan más seguridad sanitaria al producto terminado,

En la Fi

lo más peligroso es no alcanzar al menos ese valor en el punto critico.

gura 9.5 puedepreciarse como influye na distribución de

abla 9.4.- Temperatura interna y valores de pasteurización en diferentes posiciones del horno

aucalor deficiente sobrelos valores de P y latemperatura internaalcanzada (Tabla 9.3).Estas medicionesfueron realizadas en 4 piezas de mortadellacolocadas en diferentesposiciones dentro de la cámara de horno para determinar lahomogeneidad de lacirculación del airecaliente en la misma(Santos, 2001) y en la

Tabla 9.4 puede apreciarse lo que esto significa en valores de P, estas diferencias.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 100 200 300 400Tiempo (min)

Tem

pera

tura

(°C

)

Temp. HornoAutómataTermopar 1Termopar 2Termopar 3

Figura 9.5.- Curvas de penetración de calor de productos dentro del horno

TPo Tmáxima

55,60 71,00 Autómata71,32 70,5 T 1ermómetro98,30 72,00 Termómetro 236,42 68,00 Termómetro 3

ara los diseños de proceso de un producto dado se debe tener en cuenta también el medio dePcocción donde esta se realizara y la cantidad de producto a tratar térmicamente.

58

No se alcanzará en el mismo tiempo, por ejemplo, la temperatura deseada al final de la cocción en un pequeño número de piezas cocidas en un tacho con agua, donde el medio de calentamiento cederá calor a un volumen pequeño de producto, que cuando se trabaja en condiciones industriales con los tachos llenos a su máxima capacidad en condiciones normales. El ejemplo ilustra la cocción de un solo cesto con 80 piezas de una mortadella en un tacho para la cocción con capacidad de dos cestos y se puede apreciar la extensión en 40 minutos en el tiempo de proceso para una misma temperatura final deseada cuando el equipo esta trabajando a plena capacidad y con mayor volumen de producto frío. La Tabla 9.4 ilustra el comportamiento del tiempo de proceso y la penetración de calor en estas circunstancias (Mella, 2003).

Tabla 9.5.-Penetración de calor en función de la cantidad de producto a tratar.

Cocción de dos cestos de mortadella en tacho

Cocción de un cesto de mortadella en tacho

Tiempo (minutos)

Temperatura (° C)

Fracciones letales

Tiempo (minutos)

Temperatura (° C)

Fracciones letales

0 8,1 0 17,0

20 16,1 20 30,8

40 33,1 40 47,2 0,0052

60 44,7 0,003 60 58,0 0,0061

80 56,3 0,0427 80 66,8 0,4886

100 63,4 0,2188 100 73,2 2,6362

120 68,5 0,7079

140 72,7 1,8621

T=20 min

Po= p/t x T = 2,8345 x 20 = 56,69

T=20 min

Po= p/t x T = 2,6362 x 20 = 52,72

9.2.- Cálculo del valor letal en el proceso de esterilización Veamos ahora los cálculos para los procesos de esterilización, que se realizan igualmente y de forma simple mediante la obtención de las razones letales f/t e integradas por la fórmula:

F10121 = f/t x t (8)

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Tabla 9.6.- Penetración de calor en Chopped Ham (Mella, 2000) Temperatura ( °C) TIEMPO

(minutos) Termopar1

Termopar2

Agua f/t f/t

0 14,2 14,6 55,010 18,1 15,4 10020 22,2 16,1 12130 33,4 21,9 12140 53,1 38,0 12150 65,3 50,5 12160 79,6 66,6 12170 87,2 75,7 12180 95,2 83,1 12190 111,5 90,5 121 0,0009100 - 96,8 121 0,0037 0,0046110 - 100,4 121 0,0085 0,0131120 - 104,4 121 0,0213 0,0344130 - 107,3 121 0,0416 0,0760140 - 109,6 121 0,0706 0,1466150 - 111,5 121 0,1094 0,2560160 - 112,7 121 0,1442 0,4002170 - 113,6 121 0,1774 0,5776180 - 113,7 100 0,1815 0,7591190 - 111,8 87 0,1172 0,8763200 - 109,1 55 0,0629 0,9392210 - 99,8 40 0,0074 0,9466220 - 88,7 0,0006 0,9472230 - 79,2 -240 - 64,1 -250 - 56,5 -260 53,2 -270 47,8 -

Fc = 5,7 minutos Ft= 9,4 minutos Tiempo de proceso = 150 minutos Temperatura inicial del producto = 14,6 °C

t = 10 minutos Coming up = 20 minutos Máxima temperatura interior = 113, 7 °C

Como puede apreciarse en la Tabla 9.6, el aumento de temperatura no ocurre a la misma velocidad en los dos envases con termopares en su interior, a pesar de que los envases fueron llenados al mismo tiempo y que la temperatura interna en ambos es prácticamente la misma.

60

Esta diferencia en el progreso de la temperatura se debe a una colocación indebida del termómetro en el punto frío en el envase 1, por lo que la data escogida para determinar el proceso fue la 2 que es la de más lento calentamiento. Este ejemplo ilustra la importancia del empleo de más de un termopar acoplado a los envases cuando se va a realizar un control deltiempo y la temperatura de proceso o para determinarlo en un nuevo envase o producto.

Estos datos corresponden a la definición del tratamiento térmicodel Chopped Ham en envases de un kilogramo en un autoclave de trescestos de capacidad para un total de 780 envases del producto. La Tabla 9.5 muestra la acumulación de razones letales en el punto frío del envase y en la Figura 9.6 aparecenestos datos graficados (Mella, 2000).

Dentro de los productos cárnicos más apetecidos se encuentran los

pates o pastas untables y debido a que se elaboran con materias primas cocidas se procura no realizar tratamientos a altas temperaturas que perjudiquen su calidad.

0

50

100

150

0 50 100 150 200 250 300

tiempo (min)

Tem

pera

tura

(ºC

)

Figura 9.6.- Gráfico de penetración de calor del Chopped ham

En trabajos realizados para determinar la mejor temperatura con la consiguiente reducción en el tiempo de proceso se estudio la penetración de calor a 115, 118 y 120 °C empleando envases de 100 g de capacidad en envases de hojalata de dos piezas (Mella, 1990). Los resultados mostrados en la tabla evidencian como el incremento en 6 °C en las temperaturas de proceso, o sea, entre 115 y 121°C, implico una reducción a menos de la mitad en el tiempo del proceso (de 52 a 23 minutos) para un mismo valor de F en la etapa de mantenimiento, con un incrementoconsiderable en la temperatura máxima alcanzada (de 113 a 117 °C), sin afectación en la calidad final del producto. Los datos de estos proceso se presentan en la Tabla 9.7.

Tabla 9.7.-Diferentes procesos térmicos en pastas untables (Mella, 1990)

T inicial(°C) Fc

Tiempo de proceso

(minutos)

Ftotal

Tiempo de enfriamiento

(minutos)

TemperaturaMáxima

alcanzada(°C)

Temperaturade proceso

(°C)

47,4 4,1 23,7 6,0 21,7 117,8 12141,3 4,0 34,8 5,7 20,8 116,2 118

46,3 4,0 52,5 4,8 20,0 113,2 115

Para la definición del tratamiento de un nuevo producto, es muy común y en base a la experiencia, fijar una temperatura de proceso e ir registrando los valores de f/t hasta cierto valor

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de F en la etapa de cocción que ya constituya un valor seguro en función de la conservación del producto, dando por hecho que este valor continuará incrementándose en la etapa de enfriamiento hasta llegar al F total deseado. Cuanto más grande es el envase, menor F de calentamiento será necesario alcanzar en la esterilización.

En este aspecto es imprescindible fijar también las condiciones de enfriamiento, pues si se diseñan con un determinado tiempo y este por razones de mala operación tecnológica se reduce, el enfriamiento más rápido provocara una mayor reducción de temperatura en el interior del envase y por consiguiente una menor acumulación de razones letales, por lo que el F total alcanzado puede que no sea suficiente para la estabilidad del producto durante el almacenamiento.

Un ejemplo de la influencia del tamaño del envase se presenta en la Tabla 9.8, donde se sometió a esterilización a 121 °C una carne troceada en proporción 80/20 de contenido sólido / liquido en envase de un galón, de los conocidos para consumo social o de cafeterías. En este caso se interrumpió el proceso cuando el producto acumulaba un F = 6 que continuo elevándose en la etapa de enfriamiento hasta un valor de 12 para un proceso de 63 minutos a 121 °C.

Tabla 9.8.- Resultados de esterilización de carne en su jugo en envase de un galón (Mella, 2000 ; Mella, 2002)

T inicial (°C) Fc

Tiempo de proceso

(minutos)

Ftotal

Tiempo de enfriamiento

(minutos)

TemperaturaMáxima

alcanzada(°C)

Temperaturade proceso

(°C)

75,5 6,0 63,5 12 42 118,3 121

Debido a que la carne pierde aproximadamente el 40 % de su pero luego del calentamiento, la proporción sólido/ liquido se desplaza favoreciendo las corrientes convectivas que facilitan la penetración de calor y acortan el proceso.

Para la determinación del tiempo de proceso y los valores de esterilización requeridos en un producto dado es necesario tener en cuenta también la cantidad de producto a tratar térmicamente. En la Figura 9.7 y 9.8 se puede apreciar la diferencia en cuanto al proceso térmico en una prueba de observación y el tratamiento recibido por el producto cuando se lleno el autoclave a plena capacidad en una prueba a escala industrial, respectivamente. En la tabla 9.9 están los diferentes valores del proceso (Mella, 2000).

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Tabla 9.9.- Valores del proceso térmico de Choped HamTemperatura

inicial delproducto

Temperaturainicial

del agua

Tiempo de elevación

de la temperatura

(minutos)

Tiempo de proceso a121 ° C

(minutos)

Temperaturaalcanzada

Fc Fo Tiempohasta 80 ° C(minutos)

Corridas deobservación

5 °C 20 °C 66 106 3,2 8,0 60

Pruebaindustrial

10,3 °C 19 ° C 150 60 114 ° C 3,5 9,1 80

En las corridas de observación(figura 9.7) el agua necesita 66 minutos para alcanzar la temperatura de trabajo. Como en esas pruebas de observación el autoclave no fue llenado a plena capacidad, el agua no encuentra suficiente mása fría para cedercalor y alcanza la temperatura de trabajo de 121 °C con relativa rapidez si tenemosen cuenta que el agua, como mediode esterilización,entra a temperaturaambiente en un

autoclave de esterilización por lluvia. En este momento el producto el producto esta relativamente frío aun, lo que provoca que el proceso sea largo, de 106 minutos para alcanzar Fo= 3,2 minutos. Por la razón antes dicha el caudal de agua a temperatura ambiente usada para el enfriamiento tiene poco calor que extraer y en 60 minutos. se alcanzaron 80 °C en el centro del producto para un Fo total promedio de 8,0.

Figura 9.7.- Proceso térmico de Chopped Ham. Corridas de observación

63

La experiencia de estas pruebas permitió la definición del tratamiento térmico del producto empleando el autoclave a plena capacidad, poniéndose de manifiesto la importancia del escalado de los experimentos.

Cuando se definen tratamientos térmicos para nuevos productos o nuevos tamaños de envases, se deben confirmás los resultados en las condiciones industriales y es de gran importancia la correlación de todos los parámetros de proceso para que estos tratamientos sean replicables.

La Figura 9.8 se muestra el proceso de esterilización de 1900 latas. El tiempo de elevación de la temperatura es más largo pues la cantidad de calor que el agua debe ceder es mayor, pero el

producto ha ido aumentando su temperatura durante este tiempohasta 90 ° C como promedio y al momento de alcanzarse la temperatura de proceso sólo son necesario 60 minutos para 114 ° C, con un Fo = 3,5. Debido al tamañodel envase se siguen acumulando razones letales que duplican el valor de esterilización en la etapa de calentamiento, alcanzándose un Fo promedio de 9,12 suficiente para la conservación del producto.

9.3.- Combinación de factores inhibidores en el tratamiento térmico. Experiencia cubana.

Como se presentó en la tabla de la clasificación de las conservas delcapitulo 8, existe un rango de valores de F entre 5 y 12 en el cual

no se garantiza la estabilidad de ninguna conserva, pero esta clasificación esta dada en función únicamente del tratamiento térmico como método de conservación.

Figura 9.8.-Tratamiento térmico del Choped Ham. Prueba industrial.

Aunque tratemos térmicamente a los productos cárnicos con la temperatura necesaria para la eliminación de los microorganismos como si este fuera el único obstáculo para su crecimiento,no se puede desconocer que en su elaboración intervienen otros elementos como la sal común y el nitrito de sodio, que juegan un rol definitivo en la reducción de la aw y un conocido efecto antimicrobiano, respectivamente, como se explico en los productos auto estables, que junto a unaadecuada higiene del proceso desde la obtención de la materia prima y buenas practicas deelaboración permiten una reducción de la intensidad de los tratamientos sin llegar a ser autoestables dentro de alguna de las tres clasificaciones descritas, pero los conceptos de ecología microbiana involucrados con la aplicación práctica de tratamientos térmicos moderados a

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productos con determinados niveles de cloruro de sodio y nitrito están relacionados con el modelo de los obstáculos sucesivos de Leistner ya descrito, combinando niveles ambientales subcríticos para la creación de una situación critica para la supervivencia de los microorganismos o esporas en cuestión (Leistner, 1992; Leistner, 1993; Leistner, 1994).

Existe en la actualidad una marcada tendencia a elaborar productos cárnicos estables a temperatura ambiente con el empleo de ligeros tratamientos térmicos y con mejores las características nutricionales, basando su conservación en tres factores principales: sal, nitrito y calor, así como sus efectos sinérgicos que determinan la inhibición de las esporas (Hauschild, 1985). Pueden verse en la literatura también numerosos reportes sobre productos cárnicos estable a temperatura ambiente que han recibido tratamientos con F = 1 como por ejemplo el luncheon meat (Yánez, 1989). Otros resultados se han reportado además para jamón enlatado y salchichas en los que se demostró que temperaturas internas finales entre 108 y 110 °C garantizan su conservación y comercialización a temperatura ambiente, jugando un papel determinante la calidad de la materia prima utilizada (Hauschild, 1985). Otro ejemplo lo constituyen los resultados de Yao-Bae-Cho (1996), con incremento en la calidad sensorial y reducción de consumo de energía en la elaboración de jamón enlatado a valores de esterilización entre 4 y 6 respecto a F = 10, y almacenado a temperatura ambiente.

En la Tabla 9.10 se presentan algunas de las características de productos que se venden desde los años 80 en el mercado internacional, según reportes del CODEX.

Tabla 9.10.- Características de conservas cárnicas estables que se comercializan internacionalmente. (CODEX-FAO/ 1984.)

ProductoContenido del

envase(gramos)

pH Nitritoresidual

Temperaturafinal

alcanzadaF Reducciones

decimales

Perro Caliente 454 6,2 80 106 2,0 10,0

Luncheon Meat 340 6,1 170 108 1,3 6,5

Salchicha cocktail 227 6,2 60 108 1,3 6,5

Jamón enlatado 681 6,3 180 106 0,6 3,0

Durante la década de los 70 y 80 se comenzaron a realizar algunos trabajos por el IIIA en Cuba en productos como perro caliente, Spam y carne en trozos, demostrándose la factibilidad de una reducción significativa de los tiempos de proceso manteniendo su inocuidad, mejorando su calidad sensorial y reduciendo el consumo energético de las plantas procesadoras. Los datos reportados anteriormente para el tratamiento térmico de patés son un ejemplo de ello.

Roca (1989) estudió la calidad sensorial y estabilidad en almacenamiento de una salchicha mediante diferentes tratamientos térmicos a temperaturas de 110, 115 y 121 °C durante 45, 30 y 20 minutos, respectivamente, determinando que los jueces aceptaron con buena puntuación sensorial las muestras tratadas a las más bajas temperaturas y se lograron conservas ¾ y plenas con resultados negativos en las pruebas de incubación.

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La Tabla 9.11 muestra los resultados obtenidos en estudios realizados por Santos (1993) con buenos resultados sensoriales y con seguridad sanitaria para la reducción de los tiempos de esterilización de Spam y carne en su jugo en envases de ½ y un kilogramo en ambos productos. En proceso de esterilización de carne en su jugo envasada en latas de ½ kg se detuvo el proceso de esterilización con un valor de F de 3 minutos a los 50 minutos de proceso , obteniéndose un Fo

final de 8,5 tras 20 minutos de enfriamiento. La inocuidad del producto se puso de manifiesto mediante pruebas de incubación realizadas a 27 y 55 °C al igual que las realizadas para conservas tropicales, lo que demuestra que la suma de los obstáculos antes mencionados permiten obtener conservas estables como las llamadas tropicales mediante tratamientos menos rigurosos que mejoran las cualidades sensoriales del producto final y son seguras para el consumo. Los resultados de los experimentos se muestran en la tabla 9.10.

Tabla 9.11.- Resultados de esterilización de carne en su jugo en envase de ½ kg

T inicial (°C) Fc

Tiempo de proceso

(minutos)

FoTiempo de

enfriamiento(minutos)

TemperaturaMáxima

alcanzada (°C)

Temperaturade proceso

(°C)20,5 3,0 50,0 8,5 20,5 116,2 121

Según la clasificación de las conservas cárnicas, los embutidos en salmuera son considerados “conservas plenas”, debido al tratamiento térmico aplicado con un Fo entre 4.0 y 5.5, lo que permite su conservación por 4 años sin necesidad de refrigeración (Wirth, 1979). Otros autores,

sin embargo (Hauschild, 1985; Ingram, 1987 y Yánez, 1987), consideran elevados estos valores y recomiendan Fo entre 2 y 3 como suficiente para este tipo de producto. En lo que sí existe un consenso generalizado, es en que, los embutidos en salmuera no son conservas tropicales (F entre 12 y 15). No obstante, no existen muchos trabajos en la literatura que se manifiesten respecto al amplio intervalo que existe en la clasificación de conservas entre las “plenas” y las “tropicales”.

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CAPÍTULO 10 .- TECNOLOGÍA Y EQUIPAMIENTO PARA EL PROCESAMIENTOTÉRMICO

R. Santos R. M. De la Mella

10.1.- Productos pasterizados

El tratamiento térmico de los productos cárnicos pasteurizados puede realizarse de diferentesformas, aplicando un sistema completo, con secado, ahumado y cocción, o simplemente unacocción en tacho con agua, pero siempre hay que llegar a la temperatura interna adecuada para el producto en cuestión, que es 70 C la más general y en función del empleo de almidones y harinas, es necesario llegar a temperaturas superiores a 72–73 C para lograr la gelatinización total de losalmidones presentes en el producto y cuando tenemos productos de sangre e hígado, es necesariococinar hasta 75 C como mínimo para garantizar la coagulación total de las proteínas de la sangre.Las temperaturas del proceso están en dependencia del producto que se desea elaborar y del métodoo tratamiento seleccionado que también esta relacionado con el equipo disponible para aplicar estetratamiento térmico.

El tratamiento térmico de los productos cárnicos pasteurizados se pueden realizar en:

Cámaras de vapor saturado. Tacho de cocción en agua.Cámaras de horno de aire caliente y seco. Cámaras de horno con tratamientos combinados de aire caliente-seco y vapor saturado.

10.1.1.-Cámaras de vapor saturado.

Estas cámaras también se conocen como gabinetes de cocción, en ellas sólo se puede cocinar el producto y no es posible aplicar el ahumado tradicional, pues por lo general no tienen ahumaderos ni brindan la posibilidad de ahumar, son un gabinete para cocinar en un ambiente de vapor saturado. Pueden aplicarse tratamientos escalonados ó a temperatura constante. Sus características y un ejemplo de ellas, se muestran en la Figura 10.1. Estos equipos se construyen generalmente con planchas de acero inoxidable.

La temperatura máxima recomendada para esta cámaraes de 76 C y se utilizan fundamentalmente para cocinar productos embutidos en tripas impermeables y productos en moldes, como por ejemplo el jamóncocido.

Podría utilizarse en productos embutidos en tripas permeables pero empleando entonces humo liquido en la formulación, pues esta tripa se emplea generalmentepara embutidos ahumados. Después de la cocción se

Figura 10.1.- Cámara de vapor saturado68

aplica un enfriamiento rápido, que puede ser en un tacho con agua corriente (25 a 30 C) o mediante duchado, hasta que el producto se atempere o al menos alcance la temperaturaambiente en su superficie, para luego refrigerarlo.

10.1.2.- Tacho de cocción en agua.

En el tacho de cocción con agua (Figura 10.2), sólo se puede cocinar el producto pero no es posible aplicar el ahumado tradicional. En estos sistemás de tachospara grandes industrias, normalmente se cuenta con un “poli pasto” (grúa aérea) para mover las grandes cestas que contienen los embutidos o los moldes, que deben ser introducidos en los mismos. La capacidad de estos tachos, tanto para la cocción como para el enfriamiento es variable entre 2 y 4 cestos. En algunas plantas del país se cuenta con la tecnología de productos cárnicos de alto rendimiento adquiridos a la firma Metalquimia de España y se pueden elaborar productos como jamones cocidos y fiambres.

Para la aplicación de esta tecnología generalmente secuenta con una batería de tachos de cocción y otra para el enfriamiento colocados en un área aledaña a la preparación de las másas (Santos, 1992).

En el tacho de cocción el producto permanece durante toda la cocción sumergido en agua y se puede aplicar

diferentes regímenes de cocción, tanto tratamientos escalonados como a temperatura constante.Si se desea sabor a humo, hay que incorporar este aditivo en la formulación del producto. Seutilizan fundamentalmente para cocinar productos embutidos en tripas y bolsas impermeables o para productos en moldes como fiambres, jamón cocido, o cualquier otro producto cárnico moldeado. No debe utilizarse en productos embutidos en tripas permeables debido a la penetración del agua de cocción al interior del producto (Eistner, 1982; Müller, 1989; García, 1992; Santos, 1997).

Figura 10.2.- Tacho de cocción con agua

En algunas industrias pequeñas o en grandes cocinas pueden contar con otros tipos de tachos másprácticos y pequeños, conocidos también como marmitas de cocción, como las que se muestranen la Figura 10.3. Los métodos para cocinar en las mismás son similares a los empleados en lostachos tradicionales y se cumplen los mismos principios detallados con anterioridad.

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Figura 10.3.- Marmitas de cocción

10.1.3.- Cámara de hornos con aire seco y caliente

Estas cámaras en general se utilizan para cualquier tipo de producto cárnico. Son hornos muyartesanales y en ellos las mermás de cocción son elevadas, ya que el ambiente de aire seco vasecando la superficie del producto y las mermás son constantes durante todo el proceso de horneo. El empleo de tripas impermeables en este tipo de cámara puede provocar la rotura de las mismas debido a la aplicación de calor directo. Tomando en cuenta el auge que ha tenido el empleo de las tripas impermeables, estas cámaras de horno ya no son muy utilizados en laindustria cárnica moderna, no obstante, en Cuba todavía existen en muchas plantas procesadoras que no han recibido reparación capital e inversión en equipamiento. En la Figuras 10.4 se muestran algunos ejemplos de como eran los hornos hace muchos años en algunos países, y en particular en fábricas artesanales en España.

Figura 10.4.- Hornos de fábricas artesanales españolas

En estos hornos se aplican ahumados fuertes y se emplean fundamentalmente para embutidos en tripas permeables que permiten la penetración del humo a la superficie del producto cárnico y también se utilizan para piezas curadas ahumadas. Tradicionalmente se han empleado en productos como chorizos, morcillas, salchichones y piezas curadas-ahumadas como jamones con huesos, lacones, tocineta y lomos.

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Las cámaras de horneo que le precedieron a estas artesanales pueden tener diferentes sistemás de calefacción para calentar el aire donde se cocinará el producto, y ellas pueden ser:

- Hornos de carbón - Hornos eléctricos - Hornos de gas -.Hornos con serpentín de vapor para calentar el aire

Estos tipos de horno producen un aire seco para la cocción y mediante los resultados de múltiples estudios realizados en la Planta Piloto de Carne del Instituto de Investigaciones de la Industria Alimenticia (IIIA) por Santos (1985) se han propuesto los siguientes tratamientos para diferentes productos como se muestra en la Tabla 10.1. Estos resultados se han aplicado a diferentes tipos de hornos que trabajan con aire seco en varios Combinados Cárnicos del país y fundamentalmente en hornos de procedencia argentina, en otros de diferentes procedencias existentes en la industria y también en algunos diseñados por la empresa constructora de maquinaria del Ministerio de la Industria Alimenticia.

Tabla 10.1.- Tratamientos térmicos recomendados (cocción con aire caliente) Secado Ahumado Cocción

Productos Temperatura. ( C)

Tiempo(h)

Temperatura ( C)

Tiempo(h)

Temperatura ( C)

Tiempo(h)

Jamón Pierna 70 2 80 2.5 90 4,5-5,5* Jamón Visking 70 1-2 80 2 90 3-4Lomo Ahumado 70 1-2 80 2 90 1-2Tocineta 70 1-2 80 2 90 1-2Lacón 70 1 80 1,5-2 90 2-3Perro caliente 70 0,5-1 80 1 85-90 0,5Butifarras 70 0,5-1 80 1 90 1Chorizo y Morcillas (seco)

70 1 80 2 90 1

Salchichón 70 1 80 2 90 2* Jamonada y Mortadella

70 1-2 80 2 90 3-4

(*) En tripa: Ciego de res o tripa artificial 100 mm de diámetro aproximadamente

10.1.4.- Cámaras de horno con tratamientos combinados.

Son los hornos más completos que existen en la tecnología de la industria cárnica mundial, en ellos pueden aplicarse procesos muy diversos, como cocción en aire caliente y seco, ahumado tradicional con aire seco y caliente, tratamientos con cocción con vapor directo saturado ó combinaciones de estos medios, por ejemplo secado y ahumado con aire caliente-seco y cocción con vapor saturado, o cocción con aire caliente humedecido por una atomización de agua o vapor saturado. Un ejemplo de estos hornos aparece en la Figura 10.5. Cuando utilizamos medios de cocción húmedos como vapor saturado ó aire humedecido por atomización, el proceso es más rápido, efectivo y económico, ya que este es mucho más eficiente con una trasmisión de calor

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mejor y más rápida, donde se logran mermás menores conun incremento de la producción y la rentabilidad de la empresa productora (Santos,1989a).

En estos tipos de hornos se trabaja con un sistema de circulación forzada de aire y un tiro también forzado para la extracción de humedad durante el secado. Este sistemagarantiza la circulación uniforme dentro de la cámara, unatemperatura estable y pequeñas variaciones entre las diferentes zonas del horno. Algunas compañías productoras llaman “Circo” a este sistema (Figura 10.6).

Estos hornos cuentan con una batería de resistencias eléctricas y un ventilador en su parte superior que hace circular el aire a través de ellas, suministrando un aire seco y caliente (según la temperatura fijada de antemano con un termostato). Este aire seco y caliente puede utilizarse tanto para la etapa de secado como para la cocción de acuerdo al producto en cuestión.

Además, estos hornos poseen un sistema de humidificación del aire mediante una combinación de bulbo húmedo y seco, y una carta psicrométrica para controlar el porcentaje de humedad dentro de la cámara aplicar un tratamiento con una humedad prediseñada.

Figura 10.6.- Sistema de circulación forzada de aire de los hornos para tratamientoscombinados

Figura 10.5.- Horno para tratamientoscombinados

Figura 10.7.- Sistema completo de cámara de horno acoplado aun ahumadero de virutas

Para la etapa de ahumado y en función del diseño de la cámara, se puede acoplar al sistema un equipo para la producción de humo, lo que dependerá del diseño del equipo y del tipo de humo que se desee. En la Figura 10.7 puede observase un sistema completo de cámara de horno acoplada a un ahumadero de virutas.

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La entrada de los carros de hornos a las cámaraspuede realizarse mediante carros sobre ruedas(Figura 10.8) o mediante carros aéreos, para lo cual debe existir un sistema de carrileras dentro de la cámara de horno para la colocación de losmismos. La capacidad de las cámaras es variabley pueden encontrarse hornos de un solo carro (Figura 10.9) hasta cuatro.

Las etapas de un tratamiento térmico en estos hornos son secado, ahumado y cocción. A continuación se explica en que consiste cada una. Figura 10.8.- Cámaras de horno de varios carros

- Secado.- En esta fase del proceso se hace necesarioaplicar un secado superficial del producto, para facilitar el ahumado posterior y evitar que los embutidos presenten manchas en su superficie. Esta primera etapa se realiza con aire caliente y seco y deben estar abiertos los tiros para la extracción de la humedad de la cámara,iniciándose así el enrojecimiento superficial de los productos. Esta etapa solo se aplica a los productosahumados, por tanto si se trata de un producto que no sehuma se pasa directamente a la etapa de cocción.a

- Ahumado.- Esta fase se aplica con la intensidaddeseada según el producto y solamente precede en productos en tripas permeables o envolturasque permitan la penetración del humo y en piezas curadas que se deseen ahumar.

Figura 10.9.- Cámara de horno

La generación del humo ocurre mediante la combustión incompleta de aserrín fino o grueso y trozos de madera ó mediante la atomización de humo líquido dentro de la cámara.

Existen dos tipos de ahumado: en frío y en caliente. El ahumado frío se aplica a los productos crudos fermentados y en algunas ocasiones para el salami de hígado. El ahumado en caliente se realiza a más de 70 C con aire caliente y seco, además del humo.

Aunque en algunos países y para algunos productos no se emplea el humo como saborcaracterístico, en Cuba es tradicional el empleo del ahumado, tanto para piezas curadas como en embutidos y en función de la envoltura y del sistema de horneo empleado, se aplicará dentro de la masa o directamente en la cámara.

Debido a la aplicación directa del humo sobre la superficie del producto cárnico es necesario dedicarle la debida atención al ahumado desde el punto de vista del origen de las maderas y de la obtención del humo propiamente, lo que se tratará más adelante.

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- Cocción.- Es la etapa final del proceso de tratamiento térmico del producto, por lo que es necesario elevar la temperatura de la cámara y aumentar la eficiencia de la transmisión de calor del medio ambiente al producto. El calor se trasmite desde la superficie hacia el centro del embutido o de la pieza de carne, y en la medida que se eleva la temperatura en el centro, más lento y difícil será la penetración de calor, por lo que tenemos que aumentar la eficiencia del proceso lo que se logra a través de un medio húmedo (vapor saturado ó aire húmedo). La cocción con calor seco alarga los tiempos de proceso e incrementa las mermás, con un gran arrugamiento y secado de la superficie. La penetración de calor que comienza desde la etapa de secado termina con la cocción y la temperatura en el centro debe incrementarse hasta lograr la pasteurización del mismo, como se ha explicado en capítulos anteriores.

La cocción con vapor saturado directo no puede sobrepasar los 74 – 76 C. Temperaturas superiores provocan roturas de las tripas y, en el caso de piezas curadas, las mermas por goteo y fusión de grasas son elevadas, con solubilización del colágeno de las piezas (Andujar, 1989; Müller, 1989; Santos, 1989b).

El desarrollo del color de curado mediante la reacción de la mioglobina con el nitrito de sodio adicionado y el comienzo de la desnaturalización de las proteínas necesita un tiempo previo a la cocción, el que se hace más necesario en los embutidos finos debido a que el aumento de la temperatura en ellos es mayor que en los productos de mayor diámetro. Esto determina la necesidad de un atemperado antes del horneo para facilitar el posterior enrojecimiento del producto, el cual se lleva a cabo a temperaturas entre 40 y 60 C. Este proceso empieza en el secado y concluye en el ahumado. Si el embutido es fino (18 a 24 mm) la entrada al horno ocurre aun a bajas temperaturas del producto (menos de 20 C) y el desarrollo del color no es completo, quedando zonas grises fundamentalmente en el centro del mismo, lo cual es un defecto grave en el producto.

- Duchado.- El duchado es el final del tratamiento térmico de los embutidos y tiene como objetivo disminuir lo más rápidamente posible la temperatura del producto, por lo que al menos la superficie de los mismos debe estar atemperada para cortar la evaporación superficial y con ello disminuir las pérdidas durante el proceso térmico y mejorar la presentación de los productos, evitando el arrugamiento superficial de las envolturas.

Está comprobado que duchar y refrigerar los embutidos inmediatamente después de la cocción disminuye considerablemente las mermas. Los productos curados no se duchan pero para evitar las pérdidas deben ser refrigerados una vez que descienda su temperatura en el atemperado.

El duchado debe realizarse mediante agua a temperatura ambiente o fría, incluso en los procesos continuos de horneo. Por ejemplo, para perros calientes y salchichas, el duchado tiene que ser rápido y se utiliza agua fría o preferiblemente salmuera que en algunos casos alcanzan – 6 C.Debido a su pequeño diámetro, estos productos se enfrían rápidamente y pueden pasar directamente al empaque al vacío, más o menos mecanizado en función de la tecnología instalada, por lo que la temperatura máxima alcanzada en la cocción debe sobrepasar los 70 °C debido a que prácticamente no acumularan rezones letales en el atemperado.

El duchado puede realizarse dentro de la cámara de horno, en un cámara independiente ó en caso de ser un sistema continuo, en el local ó sección para esta etapa.

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El tiempo total del proceso de cocción esta determinado ante todo por el tipo de producto y en el caso particular de los embutidos, por el diámetro de estos. La Tabla 10.2 ilustra la variabilidad en el tiempo de proceso de cocción a medida que se incrementa el diámetro del producto, sobre la base de experiencias practicas, así como la relación tiempo/calibre en una cocción con vapor saturado (Santos,1985).

Tabla 10.2.- Tiempo de horneo por calibre para un tratamiento de cocción con vapor saturado

Productos Calibre (milímetros) Tiempo total ( minutos) Relación

(minutos/milimetros) Salchicha 18-22 60 5,33-2,75 Perro caliente 22-24 90 4,0-3,75Butifarra 38-43 120 3,16-2,79 Embutido Grueso 80-100 270 3,38-2,70 Embutido Grueso 80-120 330 3,30-2,75 Lomo sin hueso 80-100 300 3,75-3,0

En la Tabla 10.3 se encuentran agrupados algunos tratamientos térmicos recomendados en función del diámetro del producto para procesos de cocción con vapor saturado directo y son el resultado de los estudios realizados en la Planta Piloto de Carne del Instituto de Investigaciones de la Industria Alimenticia, donde existe un horno de vapor. Estos tratamientos han sido aplicados también en diferentes cámaras de horneo en combinados cárnicos de diferentes provincias del país (Santos,1989b).

En la Tabla 10.4 se puede apreciar la reducción en el tiempo de proceso debida al empleo de vapor saturado en la cocción con respecto al empleo del aire caliente, lo que representa además una ventaja económica por la reducción de las mermas.

Tabla 10.4.- Comparación de los tiempos totales por productos para diferentes tecnologías.

Productos Cocción con aire caliente (horas)

Cocción con vapor (horas)

Perro caliente 2,5 1,5Butifarra 3,0 2,0Jamonada* 7,25 5,5Mortadella* 8,25 5,5Lomo 5,5 4,0Lacón 5,0 3,5Jamón Visking* 8,5 5,5Jamón Pierna 9,0 8,5

*Tripa de 100-120 mm de diámetro Las pérdidas de proceso debidas a la cocción vistas de forma individual en un proceso aislado quizás dan una medida de su significado real desde el punto de vista económico, pero si tenemos en cuenta que una merma del 10 %, por ejemplo, significa que se pierden 10 t por cada 100 t de producto que entra a la cocción y que además este es un valor aceptable para la cocción en hornos

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que emplean aire caliente, entonces se justifica un control estricto de este paso del proceso y un análisis para la inversión en cámaras de cocción de vapor.

En la Tabla 10.5 se puede apreciar la reducción de las mermas al emplear la cocción con vapor respecto al empleo de aire caliente y aun menores con la cocción en horno de gas, según los datos obtenidos en trabajos experimentales realizados en el IIIA (Santos, 1989b).

Tabla 10.5.- Comparación de mermas para diferentes tecnologías de tratamiento térmico.

Productos Mermas en hornos de gas (%)

Mermas en hornos con aire caliente (%)

Mermas en cocción con vapor (% )

Perro caliente 16,0 21,0 9,3Butifarra 17,0 - 6,9Jamón Selecto 12,0 10,0 5,1Jamonada 10,0 10,0 3,0Jamón Pierna - 11,0 7,2Jamón Visking - 10,5 6,0Mortadella - 10,0 3,6Lomo con hueso - 11,0 10,0 Lomo sin hueso - - 15,8Lacón - 17,0 14,3

En la Tabla 10.6 se expresa en porcentajes las reducciones en las mermás y la reducción de los tiempos de tratamiento, donde una vez más se destacan las ventajas de usar cocción con vapor saturado por encima de cualquier otro tratamiento de los descritos con anterioridad.

Tabla 10.6.- Reducciones de las mermas en el tiempo total de horneo cuando se utiliza vapor en la cocción con relación a los tratamientos con aire seco.

Producto Reducción en las mermas (%)

Reducción de los tiempos totales (%)

Perro caliente 53,50 40,00 Butifarra 71,25 33,00 Jamón Selecto 49,00 35,00 Jamón Visking 40,00 35,00 Jamonada 70,00 24,00 Mortadella 76,00 33,00 Jamón Pierna 34,55 5,60Lacón 20,55 30,00 Lomo 44,44 27,00

En la Figura 10.10 se muestran un grupo de curvas de tratamiento térmico para diferentes productos. Los mismos fueron horneados en una cámara de un horno a vapor donde se aplicaron los tratamientos referidos en Tabla 10.3 según el producto especifico.

76

En esta figura pueden verse los tiempos necesarios para que los productos alcancen una temperatura en el centro de 68 C,mínima temperatura exigida, hasta ese momento, para los productoscárnicos por las instituciones sanitarias. El tratamiento continúa hasta que se logra 70 C en el centro de las piezas por las razonesya discutidas en capítulos anteriores. La curva 4 representa eltratamiento de un lomo ahumadodonde puede apreciarse que eltiempo necesario para el enfriamiento de la pieza es

prácticamente el mismo que el consumido para la cocción. Aplicando los conceptos de muertetérmica podemos apreciar gráficamente que en toda el área bajo la curva a partir de los 45 - 50 Cen el calentamiento y hasta este mismo rango de temperatura en el enfriamiento, se están acumulando razones letales para los microorganismos presentes. Un comportamiento similar se aprecia en la curva 3 correspondiente al “Parisel”, producto de pasta fina similar a la mortadella y de mayor diámetro que el lomo, por lo que requiere de más tiempo que este para alcanzar los 70 C.

Figura 10.10.- Curvas de tratamientos térmicos para diferentesproductos

La curva 5 es la más achatada y representa el tratamiento de un jamón pierna de unos 10 kg depeso, por lo que la penetración de calor es mucho más lenta y se necesita más tiempo para que laparte más gruesa de la pierna y pegada al hueso alcance la temperatura deseada de 70 C.

Todo lo contrario sucede con el perro caliente y la butifarra, productos con diámetros de 22 y 35 mm, respectivamente, tal como se muestra en las curvas 1 y 2 . Las curvas muestran una granpendiente con los menores tiempos de proceso por lo que se acumulan menores razones letales en el tratamiento térmico. En estos casos hay que ser muy rigurosos con el proceso y garantizar al menos 70 C en el centro, por lo que es recomendable incluso llegar a los 71 C.

Independientemente de la capacidad de las cámarasde horno vistas hasta el momento y del sistema de horneo que empleen, deben estar dotadas de los elementales instrumentos de control de procesoque permitan garantizar la calidad del producto tratado térmicamente así como la homogenizaciónde la temperatura en el interior de la cámara.

En la Figura 10.11 se muestra una batería de hornos en una gran fabrica de productos cárnicos y puede apreciarse un grupo de cámaras de horno

Figura 10.11.- Batería de hornos

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acopladas a un moderno sistema de control con registros de temperatura, humedad relativa ytiempo, además de los controles necesarios para el humidificador de la cámara cuando se desee aplicar un proceso húmedo.

Dentro de los equipos más modernos podemos citar los sistema de horneo en continuo. En la Figura 10.12 puede apreciarse, de izquierda a derecha, la entrada del producto a través de una puerta metálica seguida de varios compartimientos que se corresponden con las diferentes etapas del proceso, es decir, secadoahumado y cocción, además del enfriamientopor duchado. Los hornos continuos cuentan con carrileras acopladas a un motor que traslada loscarros con producto hacia las diferentes secciones del horno para la aplicación de un proceso completo de tratamiento térmicoincluyendo todas sus etapas que incluye el enfriamiento de los productos

Figura 10.12.- Equipos para horneo continuo

La Figura 10.13 muestra el interior de esta cámaradonde se distinguen las carrileras superiores pordonde avanzan los carros con el producto movidospor el conveyor. En el techo se observan las toberas de alimentación del aire caliente o vapor saturado,según sea el paso o etapa del proceso.

10.1.5.- Sistemas de producción de humo y tde ahumado.

écnicas

El humo para ahumado se forma por la disgregación térmica de la madera a temperaturas superiores a 300 C y debido a la influencia calórica se alcanza una degradación térmica de la madera con enlaces moleculares orgánicos menores. Este proceso se conoce por pirólisis y como resultado del mismo se producen compuestos tales como aldehídos, cetonas, alcoholes, ácidos orgánicos, esteres, benzoles, fenoles o hidrocarburos poli cíclicos aromáticos (Klettner, 1980).

Figura 10.13.- Interior de una cámara dehorneo

La cantidad de compuestos químicos contaminantes que contiene el humo depende del métodode producción del mismo. La cantidad de 3,4- benzopireno, sustancia con alto efecto carcinógenoproducido durante la combustión, depende de la temperatura de disgregación de la madera y elmétodo de obtención del humo. A temperaturas de pirólisis de 200 a 260 C tiene lugar lacombustión de pentosanas y alfa celulosa; entre 260 y 310 C ocurre la disgregación de la celulosa con un condensado de color marrón rojizo. La lignina es disgregada a temperaturasentre 310 °C - 500 C, formándose por pirólisis un condensado incoloro.

78

La legislación para el ahumado citada por (Klettner, 1980) establece un contenido máximo de 1 ppb (partes por billón) de 3,4- benzopireno, pero su presencia es aun más nociva debido a queademás de ser una sustancia carcinógena genera otros hidrocarburos policíclicos aromáticos con igual efecto. De la temperatura de producción del humo depende la cantidad de compuestoscarcinogénicos que tenga el humo producido y sobre todo la cantidad de 3,4- benzopireno acompañante y de otros hidrocarburos aromáticos también tóxicos. Para obtener los menorescontenidos de sustancias carcinogénicas los mejores métodos de obtención de humo son aquellos que realizan la combustión de la madera o serrín a más bajas temperaturas, con bajaproporción de oxígeno y una acción de enfriando del humo. Valores de temperaturas de 300 Cproducen pocas sustancias componentes del humo y no sobrepasan la cifra señalada de 1ppb de 3,4- benzopireno. Es importante aclarar que estos compuestos solo se originan durante la disgregación térmica de la madera o eventualmente de las virutas (Klettner, 1980).

Se conoce que la lignina de la madera es una de las fuentes principales de producción de sustancias carcinógenas, aunque también se ha publicado por otros investigadores que la combustión de la glucosa a 700 C origina cantidades considerables de sustancias toxicas (75ppb de 3,4- benzopireno) y que el ardido del tabaco produce 1336 ppb de 3,4- benzopireno, pero si ese humo se enfría después se reduce considerablemente hasta 270 ppb (Totht, 1972).

Sobre la base de diferentes procedimientos de disgregación de la madera existen métodos deproducción de humo tales como: humo por ardido, fricción, vapor, fluidización, en dos etapas yardido lento, en modernos equipos productores de humo donde la pirólisis de la madera se efectúa generalmente en un compartimiento aparte. Generalmente, los productores de humo por ardido no cuentan con un enfriado del humo, por lo tanto los contenidos de 3,4- benzopireno son altos. La temperatura de producción de humo, la cantidad de oxigeno suministrada y la corrientede humo son importantes para el contenido de sustancias carcinógenas (Klettner, 1980).

Estos métodos los veremos con algún detalle a continuación.

10.1.5.1.- Sistemas para la producción de humo

- Humo por ardido. El humo por ardido se obtiene por encendido de laviruta en una espiral inflamable o por llama de gas o resistencia eléctrica. Este sistema puede verse en la Figura 10.14. Mediante un adecuado suministro de oxigeno se mantiene el proceso de ardido en formacontinua, permitiendo que las virutas frescas se acerquen a la zona de ardido por medio de un brazo removedor. En estos equipos se alcanzan temperaturasmuy altas y superiores a 800 C debido a las altas velocidades del aire, lo que aumenta lentamente la cantidad de 3,4- benzopireno (Toth, 1972). Se puedelograr una disminución de la temperatura para la

Figura 10.14.- Sistema usado en la producciónde humo por ardido

79

producción de humo, disminuyendo la admisión de aire y mediante una ligera humidificación dela viruta con un contenido de agua de hasta 30 %.

El humo por ardido también se puede obtener directamente del aserrín en la cámara o el ardido de la madera como sucede en hornos artesanales, donde la circulación del aire es solo por la chimenea, pero en estos casos se originan temperaturas de combustión bajas y se produce unhumo de baja densidad.

-Humo por fricción. La producción de humo por este método se representa esquemáticamente con la figura. 10.15.

Los trozos de madera con una superficie de 50 x 100 mm aproximadamente son empujados por un peso sobre la rueda de fricción.

La superficie de fricción esta formada por un rotor cilíndrico con una armazónhueca que gira de forma rápida. Debido al intenso proceso de fricción, se origina calor y provoca la pirólisis de la madera.

El aire fresco se produce por láminas en el centro del rotor y circula pasando entre los bordes friccionadores, lográndose un efecto de enfriado del humo a diferencia del método por ardido.

Figura 10.15.- Esquema del equipo productor de humo porfricción

El humo producido va a la cámara y los residuos a un receptáculo con agua para apagarlos. Cuando la producción de humo se hace de forma continua hay una tendencia al aumento de la temperatura (Klettner, 1980). El equipo empleado para la producción de este tipo de humo se

uestra en la Figura 10.16.

Figura 10.16.- Equipo productor de humopor fricción

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La Figura 10.17 se corresponde con el equipo generador de humopor fricción no acoplado a una cámara de horno. En ella puedeverse el trozo de madera friccionado con la rueda dentada para a producción el humo.l

-Humo por vapor o humo condensado. En este método a diferencia de los de ahumados convencionales, se puede determinar en forma precisa la temperatura para la producción del humo mediante el mezclado de aire con vapor a baja presión ( 1-3 bar) y esto es conducido al recalentador. Latemperatura de la mezcla de vapor de agua y aire puede regularseen el orden de los 300 a 400 C.

Figura 10.17.- Equipo generador dehumo por fricciónno acoplado a unacámara de horno

80

Una espiral trasportadora conduce la viruta a la zona de disgregación en la que la mezcla sobrecalentadafluye, provocándose la combustión de las virutas (Figura 10.18). El humo llega a la cámarade ahumado a través de conductos y con una temperatura alrededor de 80 C y húmedo debido al proceso de enfriado, por eso a veces se habla de humocondensado (Reuter, 1969).

Figura 10.18.- Esquema del equipo productor de humo por vapor

-Humo por fluidización.

Este método fue desarrollado en Inglaterra (Nicol, 1960). La viruta alcanza el reactor por medio de una espiral dosificadora y aire comprimido. Por otra parte el aire es calentadomediante un calefactor eléctrico atemperaturas entre 300 y 400 C e inyectado en el reactor (Figura 10.19)

La elevada velocidad del aire logra que las virutas se hallen en forma suspendida, es decir, en fluidización, durante aproximadamente 10 segundos en el reactor y en ese tiempo tiene lugar la pirólisis.

Figura 10.19.- Esquema del equipo generador de humopor fluidización

La temperatura en el reactor es de 350 C y un separador de ciclón separa la viruta carbonizada del humo. El residuo del ardido cae en un recipiente y el humo sube hacia la cámara de ahumado.

-Humo por dos etapas

Este método no es muy conocido y fue desarrollado en Polonia (Tilgner, 1962). Aquí la producción de humo esta separada en dos procesos, primeramente es calentado nitrógeno o anhídrido carbónico a temperaturas entre 300 y 400 C y el gas caliente circula entre la viruta provocando la pirólisis. En otro compartimiento se calienta el aire a 200 C y es agregado al humo. El oxígeno del aire caliente acelera las reacciones de oxidación, condensación y polimerización.

Con el aumento de la temperatura de 300 a 350 C se eleva el contenido de ácidos orgánicos y fenoles en forma lenta y al elevarse la temperatura a 400 C ocurre un aumento sobre proporcionado de las sustancias del humo, en una cantidad de diez a veinte veces mayor con respecto a los 350 C.

81

-Humo por ardido lento.

En este método la viruta es presionada por un recipiente encamisado por medio de una espiral cónica de tal manera que quede la menor cantidad de aire en la viruta. En los extremos de entrada y salida se encuentra la fuente calórica eléctrica de acción directa y regulable a temperaturas de 300 a 400 C, la que origina el ardido de la viruta. Se requiere una pequeña cantidad de aire adicional y el humo producido es seco y denso (Klettner, 1980).

Según estos planteamiento podemos resumir, que de los métodos vistos hasta aquí los mejores son el humo por fricción, humo por vapor, humo por fluidización, humo en dos etapas y humo por ardido lento, recomendándose como el mejor el método de obtención de humo por vapor ya que se produce húmedo y entra a la cámara de ahumado a 80 C.

10.1.5.2.- Nuevas técnicas para el ahumado

-Ahumado electrostático. Se aplica en los sistemas de túneles con funcionamiento constante. En la zona de ahumado del sistema se encuentra el humo que circula por alambres electrificados y de esta manera las partículas de humo son cargadas eléctricamente y se depositan rápidamente en la superficie del producto de carga contraria. En este método las partículas del humo se adhieren al producto cárnico.

-Ahumado sin humo. Se entiende el ahumado en la fase gaseosa, por eso se dice ahumado sin humo visible. Este se encuentra libre de alquitrán y otras sustancias volátiles. El humo es purificado y libre de partículas mediante un proceso de enfriado, lavado y filtrado.

-Ahumado circulatorio. En esta técnica es extraída una parte del humo de la cámara de ahumado y este es suministrado nuevamente al compartimiento productor de humo por ardido del aire puro y la mezcla así formada penetra en la cámara de ahumado. El humo que se suministra al local productor de humo posee un menor porcentaje de oxigeno que el aire puro y se logra con ello una temperatura de ardido menor que en la producción de humo por ardido habitual, por lo que cuenta con menor cantidad de sustancias carcinógenas. La cantidad de aire puro que se suministra a la cámara de ahumado puede ser variada.

Algunas Firmas suministradoras de equipos tecnológicos para esta industria, producen y venden ahumadores como los mostrados en la Figura 10.20 que pueden emplear trozos de madera, aserrín grueso y fino y humos líquidos (Figura 10.21). En este último sistema se aplica una vaporización de concentrados de humo ecológicos, de muy fácil manejo.

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Figura 10.20.- Ahumadores

Figura 10.21.- Productos para el ahumado (madera, virutas y humo líquido)

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10.2.- Productos esterilizados El proceso de esterilización se realiza en un autoclaves que son recipientes cerrados y de construcción suficientemente robusta para garantizar sin peligro las altas presiones internas que permiten alcanzar valores de temperaturas superiores a 100 °C. Los primeros modelos desarrollados y que se mantienen en la actualidad son de forma cilíndrica, vertical u horizontal, capaz de soportar una presión interna mayor que la atmosférica, en el que se colocan los envases a tratar (generalmente en unas cestas o jaulas) y que dispone de los adecuados sistemas de calefacción, de enfriamiento y de control del proceso para que éste se realice en las condiciones apropiadas. Los más convencionales son estacionarios aunque existen también rotatorios y continuos.

La elaboración de productos envasados para esterilizar constituyen una industria en sí dentro de la industria de elaboración de productos cárnicos, debido a que la elaboración de las masas emplea el equipamiento básico de las procesadoras de carne pero para el envasado y el tratamiento térmico y el enfriamiento requiere de equipos específicos con controles rigurosos.

Para cada tipo de producto cárnico donde se aplique un proceso de esterilización, sea cual fuere la combinación de tiempo y temperatura en función de la conservación posterior y el tipo de conserva según la clasificación vista en el capitulo 8, los factores más generales para alcanzar la estabilidad microbiológica son la garantía de un cierre hermético y la acción prolongada del calor. No obstante, después que se diseñan los tratamientos a aplicar en función del tipo de producto y de su conservación posterior hay que tener en cuanta varios procedimientos tecnológicos que determinan la inocuidad de las conservas. Los más importantes son los siguiente:

1-Operación del autoclave 2-Temperatura inicial 3- Presión interna, peso y temperatura de llenado 4-Control de hermeticidad y cierre de los envases 5-Registro del proceso 6-Codificación de los envases

10.2.1.-Operación del autoclave

Independientemente del tipo de autoclave que se emplee en la esterilización de los productos cárnicos, los que veremos en algún detalle dentro de este capitulo, existen operaciones fundamentales que se deben realizar para una esterilización exitosa.

-Remoción del aire El aire es un medio de calentamiento mucho menos eficiente que el vapor, por lo que antes de comenzar el proceso de esterilización debe asegurarse la total remoción de este de dentro de la cámara. Además, el aire actúa como aislante lo que retarda el proceso. Por estas consideraciones

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no es aconsejable comenzar a medir el tiempo del proceso hasta tanto no se haya removido todo el aire de dentro del autoclave.

Ocasionalmente las latas son puestas de forma desordenada dentro del autoclave lo que impide que se llene de envases en su plena capacidad, por lo que se recomienda el empleo de placas divisorias ordenadas entre las distintas camadas de envases a fin de permitir una adecuada circulación del medio de Calentamiento.

-Presión del autoclave Tanto en la fase de calentamiento como en la de enfriamiento, si la diferencia de presión entre el autoclave y el exterior del envase sobrepasa las 0.5 atmósferas, ocurren abombamientos que provocan la separación de la tapa del envase y la pérdida de hermeticidad.

-Enfriamiento de los envases El enfriamiento puede realizarse tanto dentro del autoclave como en piscina externas. Cuando el enfriamiento se realiza a presión dentro del autoclave, esta se mantiene hasta que la presión interna dentro del envase se ha reducido hasta un nivel seguro donde no ocurran deformaciones. El tiempo de enfriamiento a presión no se puede establecer como un valor único pues esta en función del tamaño del envase, de la temperatura del proceso y de la temperatura máxima alcanzada dentro del producto, de la temperatura del agua de enfriamiento y de la cantidad de agua de la que se disponga para el enfriamiento. En ambas formas de enfriamiento, tanto dentro del autoclave como en piscinas externas, se debe mantener el producto en el agua durante el menor tiempo que permita el descenso de la presión interna hasta alcanzar en el centro térmico aproximadamente 50 °C. Si el enfriamiento se realiza lentamente, algunos microorganismos termófilos pueden desarrollarse a temperaturas moderadamente altas por lo que hay que enfriar rápidamente.

Este tipo de enfriamiento es imprescindible para envases de gran tamaño y en general recomendado para envases superiores a las de diámetro 401 o los elaborados con hojalatas muy finas.

10.2.2.-Temperatura inicial

La temperatura del producto al inicio del proceso es tan importante como la temperatura del proceso en si o el tiempo del proceso.

La temperatura de las latas más fría a ser procesada se considera como la temperatura inicial del producto al comienzo de la esterilización y no debe confundirse con la temperatura a la que se envasa el producto.

Si elaboramos una masa cárnica como puede ser una carne prensada tipo luncheon meat, por ejemplo, la temperatura inicial en la esterilización estará entre los 5 y los 15 °C en función de las condiciones de elaboración de la masa, de su temperatura final y del tiempo que medie entre el envasado y la esterilización. Si definimos el tiempo de proceso tomando en cuenta la evolución de la temperatura inicial a partir de esos valores, y por dificultades tecnológicas ese producto se deja envasado en nevera para ser procesado al día siguiente, su temperatura interior será inferior, lo que se traducirá en un producto con una esterilidad insuficiente respecto a la diseñada.

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Lo mismo sucede si diseñamos un proceso asumiendo una temperatura alta en el producto debido al empleo de líquidos de cobertura debidamente calentados (90 °C). Si por indisciplinas tecnológicas esto no se realiza debidamente, entonces se partirá de temperaturas inferiores y provocara también procesos con esterilización insuficiente.

Estos casos donde no se alcanza la esterilidad adecuada son los más peligrosos para el consumidos por los deterioros que pueden causar en el producto terminado además de intoxicaciones severas e incluso la muerte, en caso de existir toxina botulínica, pero hay también riesgos de esterilización excesiva, que aunque no tiene peligros para la salud, puede causar cambios de color y la aparición de sabores indeseables en el producto que provocan rechazo en el producto terminado, que se recrudecen durante el tiempo de almacenamiento a altas temperaturas como son los cambios abióticos ya tratados.

10.2.3-Presión interna, peso y temperatura de llenado

En la operación de llenado de los envases el problema más común que se puede presentar son las deformaciones por sobrellenado o por un llenado insuficiente, pero a su vez puede tener otras causas que por su origen pueden ser físicas, químicas o microbiológicas.

Entre las alteraciones de los envases por causas físicas podemos citar las provocadas por operación inadecuada en el autoclave, por sobre llenado de los envases, por espacio de cabeza insuficiente, por exceso de vacío y por baja temperatura de llenado.

Los productos que se envasan calientes reciben generalmente un proceso previo de evacuación del aire ocluido y se realiza haciendo pasar los envases por una cabina con vapor llamada “exhauster” o inyectando vapor en torno a la cabeza de cerrado de la máquina tapadora, además de garantizar la temperatura al menos de 90 ° C del liquido de cobertura. En el caso de las pastas que se envasan frías, debe emplearse llenadoras al vacío que elimine el aire en la masa. (Vinagre, 1988).

Cuando el producto comienza a calentarse, el contenido del envase se dilata ocupando el espacio libre o “espacio de cabeza”. Para el momento que termina el procesamiento, las presiones dentro del envase son altas pero son contrarrestadas por la presión de vapor dentro del autoclave. Al inicio del enfriamiento lo primero que se produce es una brusca reducción de la presión externa hasta alcanzar la atmosférica, mientras en el interior de los envases el producto aún se mantiene caliente y su presión, por lo tanto, elevada y la contrapresión realizada con aire comprimido ejerce aquí un función determinante para evitar las deformaciones de los envases.

Los factores que pueden afectar significativamente la presión interna dentro de los envases son la temperatura de llenado del producto, espacio libre y vacío en el envase y la temperatura de proceso.

Si se reduce la presión dentro del autoclave antes que el enfriamiento haya reducido la presión dentro del envase, estarán sujetas a un diferencial de presión que puede exceder la fortaleza de los extremos de las mismas y se puede ocasionar una deformación permanente en los extremos

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llamada combadura y para evitarlas se deben enfriar parcialmente las latas en el autoclave bajo una presión de aire equivalente a la presión en el autoclave durante el procesamiento. Esta presión de aire debe mantenerse hasta que el procedimiento de enfriamiento reduzca la presión interna de la lata hasta igualarse con la presión del medio al final del periodo de enfriamiento. Estas deformaciones de los envases y fallos en los cierres atentan contra la estabilidad en la conservación del producto terminado.

La diferencia de presión exige una resistencia mecánica a los envases, la que debe ser mayor a medida que aumenta el tamaño del envase. De hecho, solo las hojalatas de suficiente grosor pueden trabajarse en estas condiciones, pues en los envases de vidrio saltan los cierres o incluso pueden llegar a estallar y los envases de plástico se deforman primero para romperse a continuación .

Las latas pequeñas pueden tener suficiente fuerza para resistir presiones internas relativamente altas, pero los envases de gran tamaño como las latas 10 pueden no ser suficientemente fuertes para resistirla presión interna que resulta de una pérdida rápida de presión , por lo que estos envases deben tener siempre los llamados bocelones, que le confieren resistencia además de enfriarse bajo presión.

La presión interna en el envase está influenciado por la expansión térmica del contenido (mayor a más humedad del contenido), la expansión de los gases y el vapor de agua y el espacio de cabeza (a mayor espacio, menos presión). Cuando comienza el enfriamiento, la presión interior se reduce por la condensación del vapor y el volumen se contrae, creando un vacío interno que depende del espacio de cabeza y de la temperatura de llenado.

La remoción adecuada del aire es muy importante para evitar las deformaciones de los envases. Un vacío adecuado limita la presión interna dentro del envase y durante el proceso el envase poda distenderse pero no de forma permanente, sin embargo, si se deja aire en el espacio libre, este se expandirá a medida que se eleva la temperatura y se producirán las deformaciones que pueden deformar los cierres y permitir la entrada de agua de enfriamiento, provocando contaminación y pérdida de la estabilidad.

Cuando el vacío en las latas es demasiado grande pueden colapsarse, ocurriendo una deformación hacia adentro. Esto ocurre cuando con espacio de cabeza es muy grande se cierran las latas muy calientes. También puede ocurrir cuando la presión durante el enfriamiento bajo presión en el autoclave es demasiado alta o se mantiene durante mucho tiempo mientras las latas se enfrían y se forma el vacío.

Un aspecto esencial en el cierre con vacío es la remoción del oxigeno para evitar la corrosión del envase y los cambios de coloración y de sabor debido a la reacción del oxígeno con la mioglobina de la carne y con los ácidos grasos de la carne y la grasa, respectivamente. La existencia del aire dentro del envase dificulta además la transferencia de calor dentro del envase.

Dentro de las causas microbiológicas que provocan deformaciones de los envases están el deterioro que puede ocurrir en el producto debido a un comienzo tardío y conservación inadecuada antes de la esterilización, lo que provoca un crecimiento incontrolado de la

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microflora existente, con producción de metabolitos que afectan el sabor del producto, aunque después el tratamiento sea suficiente para la eliminación de los microorganismos que causaron el cambio de calidad del producto. La apariencia y el olor de producto en este caso es un envase con el contenido baboso o partido. Otra causa de deformación esta dada por la formación de gas debido al crecimiento de clostridios que son capaces de desarrollarse en una esterilización insuficiente. Así mismo, un tratamiento enfriamiento incorrecto puede provocar entrada del agua de enfriamiento, ocurriendo una poscontaminación y se caracteriza por la presencia de una flora variada, con gérmenes que generalmente no resisten la aplicación del calor (León, 1983).

10.2.4- Control de hermeticidad y cierre de los envases

El cierre de las latas se realiza en máquinas tapadoras automáticas o semiautomáticas. Esta es una operación de gran importancia, debido a que muchas de las deficiencias del proceso de enlatado, en general, provienen de un cierre defectuoso (Manev, 1969).

Para garantizar un cierre correcto es necesario tener en cuenta varios aspectos:

-Ajuste correcto del equipo para la operación de cierre. -Evitar el sobrellenado y la presencia de residuos de masa en los bordes del envase que obstaculicen la unión correcta entre la lata y la tapa -Evitar el empleo de envases con pestañas dobladas. -Realizar inspecciones periódicas a los cierres dentro del día de producción según las normativas vigentes.

Es muy importante además que las maquinas tapadoras realicen su labor adecuadamente, evitando las moletas desgastadas o colocadas demasiado apretadas, excesiva presión del gatillo y separación excesiva entre los rodillos y el mandril entre otros, los que dan como resultado varios desperfectos en el cierre de las latas. Por esta razón debe establecerse un control riguroso durante todo el proceso, inspeccionando la calidad del cierre y la hermeticidad de las latas (Manev, 1983).

Entre los defectos de sellado más comunes que pueden aparecer en los cierres de los envases de hojalata esta los siguientes:

- Pendiente: proyección lisa del sello doble por debajo de la parte inferior de un sello normal.

- Uve (V) o labio: irregularidades en el sello doble. - Sello afilado: se refiere a una orilla afilada en la parte superior interna del sello. - Sello recortado: es un sello que esta lo suficientemente afilado como para fracturar el

metal en la parte superior interna del sello. - Sello defectuoso por patinaje. - Sello falso. - Cuerpo levantado.

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El funcionamiento eficiente de la operación de cierre de una lata es una materia de vital importancia y para ello se miden el ancho o longitud y el espesor del cierre mediante un micrómetro perfectamente ajustado y estos valores deben corresponder con los rangos aceptados según el tipo de envase. Estos rangos de aceptación del ajuste se encuentran normalizados y esta operación constituye uno de los puntos de control en el análisis de riesgo de la producción de conservas enlatadas. El control de la operación de cierre es de obligatorio cumplimiento y debe realizarse a intervalos regulares. La frecuencia óptima de estos exámenes o inspecciones dependen de varios factores que varían en función del volumen de la producción y de la velocidad con que opera la máquina selladora.

10.2.5.-Registro del proceso

Los autoclaves modernos constan de registradores de proceso mediante el cual se lleva la historia térmica de cada lote esterilizado y sirve como evidencia de una operación correcta y segura. Estos registro incluso deben ser exigidos al fabricante cuando se realizan importaciones como vía para determinar el tipo de conserva que se esta comprando en función de las condiciones posteriores de conservación.

Los registros sirven además para determinar cualquier anomalía en el proceso y tomar decisiones de desvíos de la producción ante la inseguridad del valor de esterilización recibido o el grado de esterilidad comercial y el riesgo para la salud publica.

10.2.6.-Codificación de los envases

Los envase de alimentos en general a ser procesados debe codificarse adecuadamente con la información correspondiente a la fecha de producción y de caducidad, una vez que se ha sellado herméticamente. Generalmente esta información se estampa en la tapa del producto pero en los casos que el tipo de envase no lo permita, la información debe reflejarse claramente en la etiqueta del producto.

Esta identificación debe reflejar el establecimiento donde fue elaborado el producto y la fecha, además de la información del los ingredientes. En las últimas décadas esta tomando auge y es ya un tema obligado, declarar además el valor nutricional, lo que ha dado en llamarse “etiquetado nutricional”. Entre los componentes de obligatoria declaración se encuentran la grasa total, los carbohidratos, el colesterol, el calcio, las vitaminas A y C, el hierro, el sodio y las calorías totales y las aportadas por las grasas, referidas a una porción determinada en función del tipo de alimento (Kurtzwell, 1993, Othmer, 1995). Este nuevo etiquetado, según cálculos del FDA, costara a los productores de alimentos de EU hasta 2,3 billones de dólares en los próximos 20 años, sin embargo, los consumidores se beneficiaran con esta información en la prevención de las enfermedades coronarias, diferentes tipos de cáncer, osteoporosis, obesidad, hipertensión y reacciones alérgicas de los alimentos (Kurtzwell, 1994).

Esta codificación de los envases es particularmente importante cuando es necesario retirar del mercado algún lote del producto ante la certeza de algún procesamiento insuficiente con peligro potencial para la salud publica, cuando han ocurrido deterioros en almacenes o se han recibido quejas de consumidores. También pueden ocurrir reacciones químicas entre algún componente

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del alimento y la superficie del material de envase y dar como resultado la producción de hidrógeno, el que puede ocupar el vacío del envase y causar que este se inflame. Aunque estos problemas no son nocivos para la salud publica deben sacarse de la red comercial (León, 1983).

Para comenzar el proceso de esterilización en los autoclaves, tanto estacionarios como rotatorios,se depositan los envases llenos del producto en cestas o jaulas y se coloca en el interior del autoclave hasta su total capacidad. A continuación se cierra la puerta o tapa y se comienza a subir la temperatura. Esta operación puede realizarse de dos maneras, por medio de aguapreviamente calentada o por la aplicación de vapor de agua, que resultaran el medio de calentamiento para alcanzar la temperatura de proceso y mantenerla constante durante el tiemponecesario.

En el mercado se encuentra un gran número de autoclaves, de tecnologías muy diferentes, en losque se puede llevar a cabo un proceso como el descrito en el. párrafo anterior. Para sistematizarel análisis de estas máquinas se describirán los equipos en función del medio de calentamiento y el sistema empleado ya que esto condiciona en gran medida las demás características constructivas, su operación y los productos para los que pueden utilizarse.

10.3.- Sistemas de calentamiento de autoclaves

10.3.1-Calentamiento por vapor de agua saturado Los autoclaves que emplean el vapor de agua saturado como medio de calentamiento pueden estar dispuestos en posición vertical u horizontal. En ellos los envases se colocan en cestas, degeometría apropiada para el autoclave y de algo menos de 1 m3 de capacidad, dejados caer en ellas de forma desorganizada, o bien organizados en capas (con o sin separadores), lo que es másrecomendable para permitir el mejor intercambio de calor (Casp, 1999).

Los autoclaves verticales (Figura 10.22)presentan una tapa superior por la que se introducen las jaulas por medio de guinches mientras que los horizontales tienen una puerta frontal y las cestas se introducensobre ruedas. En ambos, el enfriamiento se realiza por medio de agua, ya sea dentro del mismo autoclave o en un recipiente exterior o piscinas, colocado en su proximidad.

Estos autoclaves son máquinasrelativamente sencillas en cuanto a su construcción y su tamaño es variable, desde una cesta hasta dos y tres.

Figura 10.22.- Esquema de la autoclave vertical

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Tanto los autoclaves verticales comohorizontales (Figura 10.23) cuentan con una entrada de vapor , un sistema de distribución del mismo en el interior del autoclave que asegure una buena homogeneidad de la temperatura, unos sistemas de purga para evacuar todo el aire existente en el equipo antesde alcanzar la presión de trabajo, un sistema de desagüe para eliminar los condensados y el agua de enfriamiento, un sistema de entrada del agua para enfriamiento (cuando este enfriamiento se realice en su interior) y sistemas de controlescomo válvula de regulación de vapor,

termómetro y registro de temperatura, manómetro, válvulas de seguridad, etc (Anon, 1982).

Figura 10.23.- Esquema de autoclave horizontal

En la Figura 10.24 se pueden apreciar los equipos acoplados al autoclave para el registrode la temperatura, tanto del proceso como delproducto cuando se acopla un termopar en el interior del envase.

Uno de los parámetros que se debe fijar dentro de los parámetros operacionales de los autoclaves es el llamado “coming-up time”,relacionado con el tiempo en que el autoclave toma la temperatura de trabajo y a partir del

cual se comienza a tomar el tiempo de proceso, el cual es independiente de la aplicación del medio de calentamiento en la esterilización. Desde el punto de vista de la eficiencia y productividad de estos equipos, es conveniente que este tiempo sea lo más breve posible, por lo que los autoclaves que utilizan agua como medio de calentamiento generalmente cuentan con un tanque adicional a la cámara de autoclave propiamente dicha,donde se calienta el agua para el proceso y se hace descender cuando ha alcanzado 90 °C aproximadamente, por medio de tuberías que lo acoplan al autoclave, inundando la cámara después que las latas se encuentran en ella y ha sido cerrado adecuadamente.Un ejemplo de este tipo de autoclave se muestra en la Figura 10.25.

Figura 10.24.- Controles de proceso en el autoclave

Figura 10.25. - Autoclave con tanquepara el calentamiento

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La figura 10.26 ilustra los cestos que se emplean en este tipo de autoclave.

La operación con estos autoclaves,como con cualquier otro sistema de esterilización debe asegurar lahomogeneidad del tratamientoaplicado al lote de envases que se encuentra en su interior, la que se conseguirá cuando la temperaturadel centro térmico del alimentoenvasado alcance los valores necesarios en cualquiera de lasposiciones dentro del autoclave.

Figura 10.26.- Cestos para autoclaves10.3.2-Calentamiento por mezclade vapor de agua-aire En estos equipos la presión aplicada al exterior de los envases durante el proceso es la de saturación del vapor de agua a la temperatura de trabajo, mientras que durante el enfriamiento la presión externa desciende hasta la atmosférica. Cuando se realiza un llenado en caliente, la presión interna de los envases será en todo momento muy próxima a la de saturación del vapor de agua a la temperatura interior del producto. Esta temperatura será inferior a la del autoclave,por lo tanto, en las fases de calentamiento y mantenimiento la presión en el interior de los envases será inferior (Casp, 1999).

Los equipos que disponen de sistemas de inyección de aire comprimido permiten trabajar regulando por separado la presión y la temperatura, y así se podrá mantener en cualquier momento una presión en el interior del autoclave superior a la de saturación del vapor de agua, por lo que siempre será superior a la del interior del envase. En estas condiciones es posible la esterilización de los productos en cualquier tipo de envase, sin que su resistencia mecánica sea un factor limitante.

Los autoclaves rotatorios pueden usar ambos sistemas de calentamiento, agua o vapor y trabajan por cargas, provocando un movimiento continuo o discontinuo del producto dentro de los envases, según sea el tipo de autoclave.

Figura 10.27.- Agitación con movimientotapa- fondo- tapa

El movimiento de los envases dentro del autoclave puede ser de dos tipos: el llamado tapa y fondo y elaxial. En el movimiento tapa- fondo-tapa los envases giran junto con las cestas donde fueron colocados de manera tal que los envases giran en un plano vertical. Este movimiento se ilustra en la Figura 10.27.

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El segundo tipo de movimiento es el axial, donde el producto rueda sobre sus costados. Unejemplo de este movimiento se ilustra en la Figura 10.28

En estos sistemas, las fuerzas gravitacionales y centrífugas crean un movimiento del espacio libre dentro del envase que le permite rotar dentro de el, lo que provoca el movimiento del producto.

El objetivo y a la vez la ventaja de este sistema es la reducción de los tiempos de proceso, pues el movimiento acelera la penetración de calor, pero estosolo ocurre en los productos líquidos o con líquidos

de cobertura, por lo que este tipo de autoclaves no se emplea para todos los productos cárnicos. Esta reducción en los tiempos de proceso puede beneficiar la calidad de los productos además de una reducción en el costo energético del proceso (Anon, 1982).

Figura 10.28.- Agitación del producto conmovimiento axial

Para cada uno de los sistemas de autoclaves con agitación existe un intervalo de velocidad rotacional que provee un efecto máximo de agitación. Estos equipos se construyen con capacidad ente uno y cinco cestos y pueden operar entre 6 y 45 rpm. Es importante notar que un espacio libre mínimo, una consistencia máxima y una velocidad del autoclave mínima pueden especificarse como críticos cuando se utilizan procesos con agitación. Si estas condiciones son criticas para el proceso y no se cumplen dentro de los limites establecidos, la agitación sereducirá o eliminara y el proceso no tendrá las ventajas señaladas y esperadas (Anon, 1982).

10.3.3-Calentamiento por lluvia Con este método el calentamiento se consigue por medio de un gran caudal de agua sobrecalentada que se deja caer sobre las cestas llenas de envases, aunque existen equipos que hacen entrar agua a temperatura ambiente y se calienta dentro del autoclave por inyección devapor y luego de calentada es que se comienza la lluvia sobre los envases. El volumen total de agua de operación es muy pequeño, en comparación con el utilizado en los autoclaves anteriormente descritos y se calienta por inyección directa de vapor o por calentamiento indirecto con un cambiador de calor apropiado. Este agua cede parte de su calor sensible al producto al ser rociada sobre él en su recorrido desde la parte superior de la carcasa hasta la inferior, donde se

recoge por una o unas bombas que la vuelven a impulsar hasta el sistema de reparto superior.

jaula

colector

boquilla

carcasa

En el mercado se puede encontrar autoclaves queutilizan este medio de calefacción y que puedentrabajar con y sin agitación. El reparto del agua sobrecalentada sucede a través de una plancha perforada o por medio de un sistema de boquillas. Estos autoclaves se fabrican con capacidad para 1 a 7

Figura 10.29.- Detalles de un esterilizadorpor lluvia

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cestas en el modelo estático y hasta 5 cestas en el modelo con agitación. En la Figura10.29 se muestra un esquema de este tipo de autoclave (Casp, 1999).

10.4.- Sistemas continuos de esterilizaciónLa instalación de un sistema de esterilización en continuo tiene sentido en el caso de que setrabajen grandes cantidades del mismo producto en el mismo envase. La diferencia fundamentalentre un autoclave y un esterilizador continuo es que en este último se encuentran zonas a diferentes temperaturas que se mantendrán constantes durante todo el tiempo en que el esterilizador esté en marcha. Es decir, que el calentamiento, mantenimiento y enfriamiento delproducto no se realiza porque el esterilizador se calienta, mantienen su temperatura y se enfría,sino porque el producto se traslada por las zonas de temperatura creciente, de temperatura deltratamiento y de temperatura decreciente del esterilizador. Un ejemplo de equipos que trabajanen continuo son los esterilizadores hidrostáticos.

El sistema continuo tiene como ventaja el ahorro energético que se consigue, ya que en cada operación solamente se calentarán los envases con producto, no será necesario calentar la masadel autoclave. Un esterilizador se lleva a la temperatura del tratamiento en la puesta en marcha y se mantiene en estas condiciones mientras se encuentre trabajando (24 de cada 24 horas salvo en caso de avería y de parada para mantenimiento), por lo que el calor que se debe aportar será solamente el que consuman los envases con el producto.

Si se plantean sistemas de trabajo con paradas frecuentes para cambio de condiciones de proceso o de formato de los envases, la ventaja en la eficienciaenergética desaparece, ya que los esterilizadores son equipos muy complejos que exigen el consumo de una gran cantidad de calor para su puesta en marcha y una gran cantidad de tiempo para conseguir un cambio en las condiciones de trabajo.

La segunda ventaja de estos equipos es la uniformidadde tratamiento. Cualquier tratamiento por cargas tiene más probabilidades de presentar diferencias entre lascocciones consecutivas que un sistema continuo, donde las variaciones en temperatura y tiempo de proceso son muy pequeñas.

La tercera ventaja es la reducción de las necesidades de mano de obra, pues un sistema continuo siempre es menos exigente en mano de obra que los sistemas porcargas, aunque como se ha visto también se puedan

automatizar estos últimos y reducir así la diferencia entre los dos sistemas.

Figura 10.30.- Esterilizador

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A continuación se exponen los sistemas de esterilización en continuo más importantes.

10.4.1.-Esterilizadores hidrostáticos El principio de funcionamiento de estos equipos es muy sencillo. Constan de una cámara de vapor parcialmente llena de agua que se mantiene bajo presión gracias a dos columnashidrostáticas, de 12 a 18 metros de altura. En estas condiciones la temperatura de la cámara devapor es la del vapor saturado a la presión a la que se encuentre, y que se corresponde con el desnivel existente entre la altura del agua en la cámara de vapor y en las dos columnashidrostáticas.

En la Figura 10.30 se muestra un esquema del principio de funcionamiento de estos esterilizadores. Es evidente que para mantener la temperatura constante en la cámara de vapor será suficiente conseguir que se mantenga constante la presión, o sea el desnivel entre las dos superficies de agua (dentro y fuera de la cámara de vapor). El nivel superior de las columnas se mantiene por rebose, añadiendo agua fría a la columna de salida del producto.

Los envases se introducen en la columna colocados en un transportador sin fin formado por una serie de tubos huecos en los que se depositan los envases en posición horizontal. Los tubos son del ancho del esterilizador y van unidos entre si por una cadena de tracción que se encarga de asegurar el movimiento del conjunto. En la Figura 10.31 puede verse en detalle la colocación de los envases.

En la primera columna se produce el precalentamiento a la vez que va aumentando la presión externa a la que son sometidos los envases al incrementarse la columna de agua. Al mismotiempo se va incrementando la temperatura ya que

gracias al movimiento de los envases en el transportador, a la estrechez de la columna y a la entrada de agua por la columna de salida, se invierte la tendencia natural a la estratificación delagua por temperaturas, siendo la temperatura del agua mayor cuanto más baja sea la posición en que se mida. A continuación el producto entra en la cámara de vapor en la que se mantiene por el tiempo marcado por la velocidad del transportador. Después de la esterilización el producto sale por la otra columna en la que encuentra temperaturas y presiones cada vez más bajas según la recorre de abajo a arriba. El agua en la columna hidrostática circula a contracorriente de losenvases, permitiendo así una recuperación de calor importante. El agua fría que se introduce porla columna de enfriamiento se calienta según va descendiendo por ella a la vez que enfría los recipientes que salen y después de haber pasado por debajo la cámara de vapor sube por la cámara de precalentamiento, cediendo su calor al producto que entra.

Figura 10.31- Sistema de transporte en unesterilizador hidrostático

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De acuerdo a los principios de funcionamiento descritos, se han diseñado esterilizadores hidrostáticos que introducen la carga por la parte inferior, por la central o por la parte superior de las columnas.

El consumo energético de estos esterilizadores es muy bajo pues como se ha explicado, la circulación a contracorriente del agua en las columnas consigue la recuperación del calor aportado al producto durante la esterilización. El calentamiento y el enfriamiento se produce de forma muy suave, siendo el choque térmico mínimo.

En estos equipos la presión interna inicial del producto es superior a la del recinto, por lo que este sistema no es apropiado para productos que se envasa en materiales o con un tipo de cierre que no soporten esa presión interna, es decir, que estos equipos no se pueden emplear en productos en envases flexibles o con cierres con la rigidez necesaria para soportar esta presión, por lo que estas maquinas solo se emplean en envases de hojalata y vidrio con tapa corona.

Para mejorar la deficiencia fundamental de estos equipos que es su gran altura para que se pueda mantener en la cámara de vapor entre 120 y 125 °C, se han creado cámaras de 3 columnas de 5 metros cada una, siendo las tres primeras de vapor.

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CAPITULO 11.- ENVASES PARA PRODUCTOS ALIMENTICIOS

Soledad Volumen Divina Pacheco

El desarrollo tecnológico de los envases contribuye muy significativamente a la satisfacción de la demanda de los consumidores, incluso en muchos casos es el envase tanto o más que el propio producto quien comunica la satisfacción de las expectativas, aunque en gran medida la mayor parte de los avances tecnológicos no sean fácilmente perceptibles (Catalá , 2004).

Realmente son muchas las fuerzas que impulsan y determinan la innovación y desarrollo actual y futuro de los envases. En primer lugar están, las exigencias de los consumidores, que principalmente se refieren al deseo de disponer de alimentos naturales o con mínimos tratamientos de elaboración y conservación, así como productos ya preparados y listos para el consumo, junto a la creciente demanda de productos ecológicos, dietéticos, ligeros, nutracéuticos, etc. El consumidor desea funcionalidad, con porciones adecuadas y también ergonomía, aspecto que hasta fechas recientes ha estado lejos de las preocupaciones de los diseñadores de envases, otros aspectos como seguridad, inviolabilidad, y dificultad de apertura por los niños son igualmente importantes.

Un nuevo aspecto de creciente importancia en el mundo de la distribución, son las nuevas formas de logística y transporte, y nuevos sistemas de comercialización, como es el comercio electrónico que, sin duda, está introduciendo nuevos requisitos a los envases para adecuarse a las exigencias que plantea.

Se ha trabajado fuertemente en los últimos años en la legislación sanitaria estando suficientemente extendida y aceptada y su efecto en los materiales de envase es indudable. La legislación medio ambiental surge como un nuevo elemento que, está ya teniendo una presencia notable en el desarrollo de los envases, pasando a ser un tema estratégico de su desarrollo (Catalá, 2004).

Los desarrollos de nuevos materiales o tecnologías, como las nanopartículas, la irradiación, los tratamientos con altas presiones, etc., están aportando nuevas soluciones al envasado, sin haber constituido en sus inicios un campo inmediato en su aplicación.

Las líneas fundamentales del desarrollo e innovación en los envases están referidas a la mejora en las técnicas de fabricación de los materiales de envase clásicos, como metales, papel y cartón o vidrio, que están siendo objeto de continua renovación buscando la reducción del uso de materias primas y de energía y la utilización de materias primas renovables, la reducción de espesores con mejora de propiedades, así como la mayor productividad y automatización de los procesos productivos.

La mayor revolución en los materiales de envasado que se lleva a cabo en la actualidad esta relacionado con los materiales plásticos y complejos, cuya progresiva implantación ha ido

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ocupando todas las áreas de la tecnología de conservación de alimentos, al posibilitar nuevas formas de envasado para las que los materiales clásicos no son apropiados.

Paralelo a los avances en los materiales y tecnologías para su fabricación se produce una continua renovación en los diseños, tanto estructural como gráfico. Se introducen nuevas formas buscando la satisfacción del consumidor y la diferenciación de marca y/o producto, así como la adaptación a las necesidades que crean las modernas técnicas de la logística, transporte y distribución comercial.

El desarrollo e implantación de etiquetas inteligentes, tales como indicadores de incidencias térmicas o indicadores de proximidad de fecha de caducidad, constituye un avance tecnológico en la satisfacción de los requerimientos actuales de los sistemas de envasado y se trabaja fuertemente en el completamiento del desarrollo e implantación de sistemas de identificación y control por radio frecuencia.

Los materiales metálicos han tenido un gran uso en la conservación de productos cárnicos y continúan ocupando un lugar destacado como materiales para el envasado de alimentos y han sufrido una completa revolución en los últimos 15 años, lo que esta relacionado con nuevos recubrimientos de acero y procesos alternativos de estañado y sistemas de pasivación alternativos a los basados en derivados del cromo, nuevos barnices y técnicas de barnizado sin problemas medioambientales, generalización de los barnices de base acuosa, barnices y tintas de secado por UV, barnices de aplicación en polvo, barnizado por electrorrecubrimiento, laminados metal-plástico y nuevos desarrollos en las líneas de fabricación de envases que incluyen mayor robotización y aumento de la velocidad de las líneas, nuevas técnicas de embutición, nuevos desarrollos y extensión de técnicas de expansión de cuerpos por expansión con presión hidráulica o presión soplado, nuevos formatos y diseños, extensión del uso de envases con formas y de la reducción del diámetro de tapas, amplio uso de las etiquetas plásticas como alternativa para la litografía exterior y nuevos desarrollos en sistemas de apertura fácil (Catalá , 1998; 2004).

Los materiales como la hojalata y el aluminio han sido universalmente utilizados en la fabricación de envases y tapas para productos cárnicos debido a muchas cualidades importantes de estos materiales. Entre ellas se incluyen su fortaleza mecánica y su resistencia, baja toxicidad, superiores propiedades barrera a los gases, a la humedad y a la luz, además de su capacidad de soportar altas temperaturas y poseer superficies excelentes para la decoración y laqueado (Robertson, 1993).

Con el propósito de disminuir los costos se han desarrollado materiales metálicos a partir del propio acero base utilizado para la producción de hojalata, pero en estos casos los recubrimientos de estaño son mucho menores. También se han aplicado otros recubrimientos como cromo y niquel, con buenos resultados pero su uso esta limitado fundamentalmente a la fabricación de fondos y tapas y en el caso de los cuerpos se adecua la operación tecnológica de formación de los mismos a los requerimientos de estos materiales. En todos los casos para su utilización en alimentos es necesario la aplicación de recubrimientos orgánicos sobre su superficie.

Para los próximos años se prevé el desarrollo de nuevas tecnologías para el procesamiento del acero, basadas en la deposición electrolítica del hierro, lo cual permitirá la producción de láminas

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muy finas con la misma flexibilidad que el foil de aluminio, y los mismos usos después de ser recubiertas con óxidos para prevenir la corrosión o laminadas con combinaciones de papel y plástico (Pierre, 1999).

11.1.- Lacas y barnices

Los revestimientos orgánicos se emplean en los envases metálicos con el principal objetivo de evitar el contacto del metal con el producto alimenticio, minimizando la reacción de corrosión. Para que un barniz pueda ejercer su función de protección en una superficie metálica, debe tener buena adherencia sobre la lámina, no contener sustancias tóxicas, no conferir sabor ni olor extraño al producto, deben soportar los riesgos mecánicos a los que son sometidos los materiales metálicos durante la fabricación de los envases y en su posterior manipulación y transportación y resistir el tratamiento térmico de cada tipo de producto y la propia agresividad del mismo (Faria, 1989).

Las resinas se clasifican en oleoresinas, vinílicas, acrílicas, fenólicas y epoxifenólicas. Las primeras son consideradas resinas naturales, las cuales se fabrican por fusión de gomas naturales y colofonia, mezcladas con aceites secantes. Las limitaciones de su uso están fundamentadas en su capacidad de ocasionar problemas de corrosión con formación de sulfuros (Robertson, 1993).

Las resinas vinílicas son soluciones derivadas de acetato o cloruro de vinilo, producidas en combinación o no con diversos tipos de resinas, con propiedades bien diferentes y en general se utilizan como barniz de acabado para tapas y cuerpos de envases.

Los revestimientos acrílicos se encuentran entre los más antiguos tipos de resinas, sin embargo son relativamente recientes como revestimientos para envases, comúnmente son pigmentadas de blanco. Entre sus propiedades se destaca su baja resistencia a altas temperaturas, por lo que no se emplean en productos cárnicos esterilizados.

Existen varios tipos de revestimientos fenólicos producidos por la acción del formaldehido sobre el fenol u otros compuestos fenólicos. En general tienen excelente resistencia a ácidos y gran impermeabilidad a los iones azufre. La resistencia a altas temperaturas también es buena y no dañan la región de soldadura. Sus grandes inconvenientes son la poca adherencia y flexibilidad, por lo que se usan películas más finas que de cualquier otro tipo de revestimiento. Son empleadas como revestimiento interno para pescado, carne y algunos vegetales y externamente solo son usados para proteger contra la corrosión o cuando se desea transparencia.

Las resinas epóxicas están compuestas por epicloridrina y difenilol propano. Poseen gran aplicación por la facilidad de combinarse con otros tipos de compuestos, tales como los ácidos grasos, produciendo epóxi-ésteres o combinado con las resinas fenólicas, tienen buena adhesión, flexibilidad y resistencia química (Morgan, 1985, López, 1987). Son usadas en conjunto con resinas fenólicas para obtener las lacas doradas con alta flexibilidad y resistencia química, o con amino resinas (urea, melamina) para obtener barnices coloreados, también con gran flexibilidad y resistencia química. Pueden ser modificadas combinándolas con ácidos grasos, en un proceso

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de esterificación, para producir barnices con buenas propiedades de blanqueado, retención de color y flexibilidad.

Existen mezclas epoxifenólicas que han llegado a ser consideradas como tipos de lacas universales. Las mismas, se adhieren de forma más efectiva que cualquier otra resina, obteniéndose propiedades de flexibilidad, resistencia química y buena adhesión en variadas superficies metálicas. Estas lacas también tienen un amplio rango, tanto en decoración como para protección de las superficies y son regularmente usadas para el interior y exterior de envases que contienen, pescado, carne, productos vegetales y frutas (Downing, 1996).

La utilización creciente de latas con barniz interior preferentemente a las latas blancas, hace mayor la necesidad de una protección efectiva de la costura para eliminar la exposición de la superficie metálica y dificultando la formación de pilas galvánicas como consecuencia de la disolución de metales del envase al alimento (Faria, 1989).

La calidad de la película en la costura, no depende solamente del tipo de barniz y de las características inherentes a los procesos de aplicación y curado utilizados, sino de la calidad de la soldadura, las características del material metálico y las condiciones de soldado.

Los barnices utilizados en la costura lateral de las latas electrosoldadas, pueden ser divididos en dos grandes clases: barnices líquidos y barnices en polvo; pudiendo ser termoplásticos y termorígidos, de acuerdo con las resinas base utilizadas en las formulaciones.

Los barnices líquidos pueden encontrarse en solución como los tradicionales a base de resina epoxi, vinílica, acrílica, poliester, poliuretano, etc, o en dispersión en los que se incluyen los organosoles y los barnices pigmentados con aluminio o dióxido de titanio.

En general los barnices líquidos en solución no confieren un recubrimiento adecuado en los extremos de la soldadura, pues presentan una tendencia al encogimiento, existiendo siempre la posibilidad de exposición de la superficie metálica (Pearson, 1984).

La optimización de la protección que ofrecen los barnices a la costura para obtener la mínima exposición de la superficie metálica, esta relacionada con el aumento de la capa de barniz aplicada, lo que esta limitado en los barnices en solución por la mayor posibilidad de formación de burbujas a medida en que el espesor de la película aumenta. Los barnices en dispersión de tipo organosol, son menos susceptibles a este problema, debido a su naturaleza termoplástica y permiten una protección más efectiva por el aumento del espesor de la película (Pearson, 1984).

La gran ventaja de los barnices en polvo radica en su elevada inercia química, por lo que deben ser utilizados en el envasado de productos agresivos y se recomiendan para latas formadas a partir de laminas de elevado espesor, ya que los líquidos no posibilitan una protección eficaz en los extremos de la soldadura. En el envasado de productos poco agresivos, como sopas y vegetales, los barnices líquidos de uno o dos componentes presentan un buen desempeño. Además, las resinas poseen la resistencia térmica necesaria para soportar el procesamiento de los alimentos.

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Las desventajas de los barnices en polvo están relacionadas con el elevado costo del equipamientonecesario y del material en sí, considerando además el espesor que se requiere para su buen desempeño.

11.1.1.- Tendencias en el desarrollo de los barnices

Debido a los cambios ocurridos en los últimos años relacionados con las diferentes tecnologías de la fabricación de las latas, surgió la necesidad de desarrollar nuevos tipos de barnices. Entre las nuevas tecnologías se encuentra el proceso de soldadura eléctrica, el que determinó el uso de un barniz especial para cubrir la región de la soldadura, tales como los barnices organosoles, los que se caracterizan por un alto contenido de sólidos. Otro proceso innovador es la fabricaciónde las latas con cuerpo ondulado, que exigen un barniz altamente flexible.

Teniendo en cuenta la gran preocupación por el consumo de energía y por los impactos sobre el medio ambiente fue necesaria la búsqueda de nuevas fuentes energéticas para el curado de los barnices, tales como la luz infrarroja y la luz ultravioleta y para la protección del medioambiente se han desarrollado barnices con solventes a base de agua y en polvo. (Soler, 1981).

Las figuras 11.1 y 11.2 muestran envases con diferentes resinas.

Figura 11.1. Envase con resina interior EEppooxxyy--

FFiigguurraa 1111..22.. EEnnvvaassee ccoonn rreessiinnaa iinntteerriioorr

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11.2.- Corrosión en envases laqueados

Los envases laqueados son usados para proteger los alimentos de la excesiva disolución de estaño, sulfuro estañoso, corrosión local y cambios en el color de productos pigmentados. Sin embargo, el uso de recubrimientos no garantiza la prevención de la corrosión y en algunos casos pueden actuar como aceleradores de esta, por lo que se deben realizar consideraciones particulares del recubrimiento a emplear de acuerdo al tipo de producto (Robertson, 1993, Bolumen y col, 1995).

El patrón general de corrosión en envases laqueados es muy diferente al de los envases en blanco y es generalmente más complejo. Esta depende no sólo de la laca, del acero base, de la capa de aleación hierro estaño y del recubrimiento de estaño, sino también de las capas de pasivación y de la naturaleza del recubrimiento. La exposición del metal en un envase laqueado está presente a través de los poros, ralladuras y defectos en la costura lateral y algunos de estos defectos pueden coincidir con discontinuidades en el recubrimiento de estaño, presentándose la exposición del acero base. Debido a estas áreas no protegidas del acero, la corrosión puede manifestarse con gran velocidad, ocurriendo el desprendimiento de hidrógeno e incluso la perforación del envase (Bolumen, 1995).

La efectividad del recubrimiento está directamente relacionada con una barrera impermeable a los gases, líquidos e iones, previniendo la acción corrosiva de la superficie protegida. El transporte de iones a través de la laca, está gobernada por las características electroquímicas de la película, en contraste con el transporte de gases y líquidos los cuales están envueltos en la disolución en la película de laca y a través de la difusión bajo un gradiente de concentración.

Como los iones están eléctricamente cargados, su transferencia a través del recubrimiento está gobernado por las características electroquímicas y depende no solamente de su carga eléctrica sino también de la concentración del electrolito. Si la velocidad de transporte de cationes y aniones a través de recubrimiento difiere, el recubrimiento por si solo puede cargarse. Así la protección que ofrece la laca depende de su resistencia a la transferencia del ión lo que puede tener lugar aun en ausencia de poros, rayaduras o burbujas.

11.3.- Otros materiales de envase para la conservación de productos alimenticios

Mientras que la hojalata y el vidrio se han venido utilizando como materiales para el envasado de alimentos desde hace muchos años los plásticos pueden considerarse comparativamente una innovación relativamente reciente. El uso de materiales de origen polimérico en el diseño de envases para alimentos se ha generalizado en la mayoría de tecnologías de conservación y para algunas, como el envasado aséptico, o la atmósfera modificada, los materiales poliméricos han formado parte de su propio desarrollo. Por otra parte, estos materiales introdujeron cambios cualitativos de importancia decisiva para la industria alimentaria, con el desarrollo de conceptos como el envase flexible y los procesos de envasado integrados en línea.

La versatilidad de los nuevos polímeros desarrollados, bien por si mismos o en combinación con otros materiales clásicos como el papel, el cartón o el aluminio han determinado la aparición de envases muy diversos para alimentos, para dar cumplimiento a las múltiples y continuas

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exigencias que la comercialización de alimentos plantea. Es difícil citar siquiera los númerososmateriales y técnicas desarrollados en estos años. Cada material plástico incluso, considerando la resina con sus características básicas, se puede fabricarse con un amplio espectro de propiedadesdiferentes. Continuamente se desarrollan nuevos materiales con propiedades específicas y se perfeccionan las técnicas de obtención y manipulación que posibilitan nuevos usos o mejoransignificativamente los materiales ya implantados.

Algunas líneas de innovación de los materiales plásticos a destacar son:Desarrollo y generalización del uso de polímeros obtenidos por catálisis, nuevos materialesbarrera, materiales metalizados con recubrimientos de óxidos inorgánicos , nuevos polímerosbarrera (policetonas alifáticas, poliamidas amorfas, etc), recubrimientos orgánicos y adhesivos, desarrollo de películas con permeabilidades selectivas, sustitución de complejos de materialesdisímiles, por materiales simples o complejos con elementos compatibles que no planteen problemas de reciclado, polímeros biodegradables o comestibles, biopolímeros obtenidos a partir de macromoléculas naturales (almidones, poliósidos, proteínas), polímeros activos, con incorporación de absorbedores de oxígeno o de humedad, agentes antimicrobianos, etc.,desarrollo e implantación de técnicas de recuperación y reciclado de materiales poliméricos,reciclado biológico y reciclado químico (glicólisis, metanolisis), expansión creciente de materiales flexibles y extensión del uso a todo tipo de productos, con tecnologías integradas deenvasado (Catalá, 2004).

Las figuras 3 y 4 muestran algunos desarrollos en la utilización de envases complejos donde se aplica el concepto de enlatado como principio de conservación de los alimentos.

En la figura 5 se presentan las tendencias en el uso de envases metálicos para alimentos a partir de la década del 60 (Menéndez, 2003) y como puede apreciarse la tendencia es a la disminucióndado el auge de los nuevos materiales en desarrollo.

Figura 11.3.- Vegetales con carne

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Figura 11.4.- Productos cárnicos en envases complejos

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1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Años

Patentes

Figura 11.5.- Tendencia del desarrollo tecnológico de los alimentosenlatados (hojalata )

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BIBLIOGRAFÍA

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