PENETRACION DE CALOR

1. PROCESAMIENTOPROCESAMIENTO
TÉRMICO EN LOSTÉRMICO EN LOS
ALIMENTOSALIMENTOS
ENLATADOS.ENLATADOS.

2. ALTAS TEMPERATURAS
Existen dos modalidades de tratamiento térmico:
- Pasteurización (que pretende fundamentalmente la higienización del
producto)
- Esterilización (cuyo objetivo es la destrucción de los M.O.
Presentes, esporulados o no)
En este último grupo se encuentran los denominados
“conservas”.
Comportamiento de M.O. y enzimas frente a la temperatura
La Tº es lo que mas influye en el crecimiento microbiano, en
la actividad de enzimas y en la velocidad de muchas reacciones
químicas.
Se ajustan a una ecuación de Arrhenius:
A
TR
Ea
v log
303.2
log +
⋅⋅
−
=

3. 1/K
Logv
Ecuación de Arrhenius
Actividad enzimática y crecimiento de M.O.

4. Tratamientos térmicos aplicados en la industria de alimentos
Esterilización Autoclave:
El autoclave es el elemento básico en la industria de las
conservas esterilizadas por calor.
Ventajas:
- Versatilidad de uso (Forma de envases, materiales y condiciones)
- Facilidad de manejo y mantenimiento
- Bajo costo
- Posibilidades de mejoras a partir de equipos sencillos.
En un autoclave se pueden esterilizar alimentos envasados en
materiales tan diversos como: Hojalata, aluminio, vidrio, laminados
simples y complejos, sin limitación de formas y tamaños.

5. Solo se debe tener cuidado en las presiones aplicadas en los
materiales.
El funcionamiento de las autoclaves puede ser como un baño
abierto a 100ºC ó con presión a temperaturas sobre 100ºC.
Autoclave horizontal
Autoclave vertical

6. Termobacteriología
El fundamento de la conservación por el calor consiste en
la destrucción térmica de los microorganismos y enzimas que se
encuentran en los alimentos.
Para conseguir la destrucción termica el alimento debe
someterse a un ciclo de calentamiento y enfriamiento adecuado.
Estas condiciones deben minimizar en lo posible los
procesos de degradación de nutrientes y factores de calidad del
producto.

7. Los procesos inferiores a 100ºC se denominan de
Pasteurización y están destinados a higienizar el producto (liberar
de gérmenes patógenos).
El efecto inhibidor de los ácidos comienza a manifestarse a
pH 5.3 y el Clostridium botulinum y otros microorganismos
patógenos, solo son inhibidos a pH inferiores a 4,5.
Bajo pH 3.7 solo pueden desarrollarse hongos, es decir el
valor clave de pH es de 4,5.
En los procesos de baja acidez pH mayor que 4,5 el
proceso térmico debe ser capaz de inactivar estos M.O.
patógenos, exigiendo Tº superiores a 100ºC, las que se denomina
“esterilización”.

8. Fundamentos del proceso térmico de Esterilización
Antecedentes microbiológicos, factores que afectan la
termodestrucción de microorganismos:
La velocidad de destrucción de las bacterias es
específico para cada especie y es tanto mas rápida cuanto mas
alta es la temperatura.
Las esporas de ciertos especies bacterianas son
extraordinariamente resistentes al calor.
La resistencia de las esporas al calor es alterada por una
serie de factores como: contaminación inicial, edad del
microorganismo, pH, presencia de aditivos, etc.
Los géneros mas importantes de MO que producen
esporas son Bacillus que es aerobio, y Clostridium, anaerobio.

9. Curvas de supervivencia
La muerte de los MO sigue un orden logarítmico.
Si graficamos nº de células vivas de una suspensión
bacteriana versus tiempo de exposición a Tºconstante, en papel
semi-logaritmico, se obtiene una recta denominada CURVA DE
SUPERVIVENCIA.
El inverso de la pendiente de esta recta determina el
tiempo necesario para destruir el 90% de las células y se
denomina “D” o tiempo de reducción decimal.
“D” numéricamente corresponde al número de minutos
necesarios para atravesar un ciclo logarítmico, a temperatura
constante.

10. 1
10
100
1000
10000
100000
1000000
0 1 2 3 4 5 6
Nºdesobrevivientes
Tiempo (min)
Curva de Sobrevivientes
∆t
∆Nº MO
m = Pendiente = ∆Nº MO
∆t
D = 1 / m

11. HAY QUE ENCONTRAR UN ÓPTIMO ENTRE
CONSERVACIÓN – NUTRICIÓN – CARACTS. SENSORIALESCONSERVACIÓN – NUTRICIÓN – CARACTS. SENSORIALES
Entre másEntre más termorresistentetermorresistente sea un m.o. ,sea un m.o. , másmás
elevadoelevado será el valorserá el valor DD yy ∴∴ se requierese requiere > t> t
para alcanzar una reducción del 90% de lapara alcanzar una reducción del 90% de la
población de m.o.’spoblación de m.o.’s
Entre másEntre más termorresistentetermorresistente sea un m.o. ,sea un m.o. , másmás
elevadoelevado será el valorserá el valor DD yy ∴∴ se requierese requiere > t> t
para alcanzar una reducción del 90% de lapara alcanzar una reducción del 90% de la
población de m.o.’spoblación de m.o.’s
104
103
102
100
101
11 22 t (min)t (min)
D1
D2
D3
D1= 0.4 min
D2 = 0.7 min
D3 = 1.2 min
104
103
102
100
101
t (min)t (min)
D260
D250
D230
Los m.os mueren a todas las
Temps. superiores a la letal
mínima, ∴ lo harán más
rápidamente a T altas.
El valor de D sirve
para comparar las
velocidades de
destrucción para un
mismo m.o a ≠s T’s.
TT11 > T> T22 > T> T33
DD11 < D< D22 < D< D33
A > T se destruyeA > T se destruye > cantidad de> cantidad de
m.o. enm.o. en t’st’s más cortosmás cortos
TT11 > T> T22 > T> T33
DD11 < D< D22 < D< D33
A > T se destruyeA > T se destruye > cantidad de> cantidad de
m.o. enm.o. en t’st’s más cortosmás cortos
t
D
CC
1
loglog 0 −=

12. La esterilidad no se alcanza jamas en un 100%, quedaran
siempre sobrevivientes, sin embargo estos no causarán daño.
D250 : Corresponde al valor de D, a 250ºF (121.1 ºC)
La línea recta trazada en la curva de tiempo - temperatura
se denomina espectro T.D.T. (Thermal Death Time), tiempo de
muerte térmica.
El T.D.T. a 250ºF se designa por Fo, y es el tiempo
necesario para destruir por calentamiento a una temperatura de
250ºF todos los MO de una suspensión bacteriana bajo
condiciones específicas.

13. Curva T.D.T.
t
(min)
T(ºF)
F
Fo
α
250ºFT
Tg α = m
z = 1 / m
Fi
Fi = Antilog (250 - T)
z
Fi = Representa el valor letal de
cualquier temperatura en relación a
250ºF

14. Tiempo procesoTiempo proceso
térmicotérmico
(min)(min)
m.o.m.o.
vivosvivos
m.o.m.o.
muertosmuertos
Total m.o.Total m.o.
muertosmuertos
% muertes% muertes
0 D 1 000 000 0 0 0
1D 100 000 900 000 900 000 90
2D 10 000 90 000 990 000 99
3D 1 000 9 000 999 000 99.9
4D 100 900 999 900 99.99
5D 10 90 999 990 99.999
6D 1 9 999 999 99.9999
7D 0.1 0.9 999 999.9 99.99999
8D 0.01 0.09 999 999.99 99.999999
T= CTE. Y LETAL

15. Tiempode
Muertetérmica
(min)
LogDT
0.1
1
10
z
220 240 260 280 T (ºF)
m =
-1
z
T2 T1
El inverso de la pendiente
de la curva TMT está
representado por el valor z,
que equivale al intervalo de
temperatura necesario para
que la curva atraviese un
ciclo logarítmico.
El inverso de la pendiente
de la curva TMT está
representado por el valor z,
que equivale al intervalo de
temperatura necesario para
que la curva atraviese un
ciclo logarítmico.

16. En el caso de la destrucción microbiana, el TMT se representa por el valorEn el caso de la destrucción microbiana, el TMT se representa por el valor
FF, que es un múltiplo de, que es un múltiplo de DDTT.. FF = valor esterilizante (min)= valor esterilizante (min)
Es decir, mientras queEs decir, mientras que DD es el tiempo necesario para reducir un 90% laes el tiempo necesario para reducir un 90% la
población microbiana,población microbiana, FF representa el tiempo requerido para reducir larepresenta el tiempo requerido para reducir la
carga microbiana porcarga microbiana por
un múltiplo deun múltiplo de D.D.
El valor de F es específico para una temperatura y un microorganismoEl valor de F es específico para una temperatura y un microorganismo
dados, por lo que debe indicarse la temperatura a la cuál se calculó y el valordados, por lo que debe indicarse la temperatura a la cuál se calculó y el valor
z del microorganismo al cuál está dirigido:z del microorganismo al cuál está dirigido: FFzz
TrefTref
Las curvas de resistencia térmica y los valores Z y D son esenciales en la
industria para establecer las condiciones de procesamiento de un alimento .
El valor F es el tiempo necesario en minutos a una temperatura especifica (T
ref ) referido aun recipiente para propósitos de esterilización. Representa
una medida de la capacidad de un proceso térmico para reducir el número
de esporas o células vegetativas de un organismo por recipiente.

17. La destrucción de los microorganismos por el calor se encuentra
afectada por una diversidad de factores, incluida la Aw, el pH,
la presencia de materia orgánica .
Para esterilizar maíz (pH 6.45) se requieren 465 min. @ 95° o 30
min. @ 110°C ; las peras (pH 3.75) deben tratarse sólo por 75
min. @ 95°C o por 10 min. @ 110°.
También se ha observado que el incremento del contenido de
grasa disminuye la concentración de agua, lo cual afecta la
transferencia de calor.
Un calentamiento a 60°C por 2-3 min. destruye al menos 5 log10
la concentración de E. coli O157:H7 en carne de res, puerco,
pavo y pollo.

18. Estudios de penetración del calor:
La medida de la variación de la temperatura en el punto
de calentamiento mas lento de un envase recibe el nombre de
ensayo o estudio de penetración de calor.
Se mide mediante un par termoeléctrico o termocuplas.
Las que se insertan en distintos puntos del envase
sensores de temperatura observandose zonas de calentamiento
mas lento, dicha zona se conoce como PUNTO FRIO del
envase.
Tipos de transmisión de calor en una conserva:
- Conducción
- Convección
- Radiación
Siendo las dos primeras las mas importantes en los
procesos de esterilización comercial.

19. Los productos se calientan por convección tienen el
Punto frío ubicado sobre el eje vertical del envase y cerca del
fondo. Debido a los desplazamientos de líquidos de diferentes
temperaturas.
Punto frío

20. Los productos se calientan por conducción tienen el
Punto frío ubicado sobre el centro geométrico del envase.
Punto frío

21. En los estudios de transmisión de calor se utilizan 3
termocuplas ubicadas en distintas posiciones.
Las mediciones se registran en papel semilogaritmico,
determinando el termopar de calentamiento mas lento.
Determinación de la curva de penetración de calor
Se utilizan 6 ó 7 envases perforados en el punto frío con
una termocupla.
Para el calentamiento es necesario fijar previamente el
tiempo de elevación de la temperatura o coming up time (CUT)
generalmente es de 8 - 10 min.
La Tº se registra en intervalos iguales y dependiendo de la
velocidad de calentamiento.
Se grafican los datos en 3 escalas semilogaritmicas
invertidas, el tiempo en minutos se representa sobre la escala
lineal y la Tº en ºF en la escala logaritmica.

22. Tipos de curvas a obtener:
1.Linea Recta: Es la mas común y se presenta en la mayoría de los
casos.
2.Curva quebrada: Se presenta en algunas sopas espesas, maíz
envasado en salmuera y ciertos jugos de tomate. Las curvas de
calentamiento quebradas exhiben un punto de quiebre o inflexión en la
velocidad de calentamiento de algún punto del proceso térmico. Por lo
tanto, dos o más líneas son formadas cuando las curva de penetración
de calor es trazada sobre un papel semilogarítmico.
¿Por que se quiebra la curva?
TEORIA 1: Se debe al cambio de estado de la solución envasada, que
pasa de estado SOL (transmisión por convección) a GEL (transmisión
por conducción).
TEORIA 2: Pequeñas cantidades de aire en el autoclave impedirían la
condensación del vapor sobre el envase, con lo que el calor no
desarrollaría su calor latente.

23. Determinaciones de los factores “fh” y “J”
El factor “fH” representa la pendiente de la curva de
penetración y es igual al nº de minutos que demora la curva en
atravesar un ciclo logarítmico (tiempo de calentamiento).
“RT” (Retort Temperature) corresponde a la temperatura
de trabajo.
“Ta” Temperatura inicial teórica o pseudoinicial. Para su
calculo se determina que el 42% del CUT tiene un valor letal, se
obtiene multiplicando el CUT por 0,58.
Se levanta la vertical en el punto de la escala lineal de
tiempo que representa ese 58%, hasta interceptar la curva de
penetración de calor, se obtiene de esa forma la temperatura
pseudoinicial.

24. Definición de variables:
JI = RT - Ta
IT = Temperatura al minuto cero en el punto frío.
I = RT - IT ; Diferencia entre la temperatura del proceso y
la temperatura inicial.
J = JI / I ; relación que establece la des-uniformidad del
calentamiento en la fase inicial.
Z = Pendiente de la curva TDT (C. Botulinum)
g = RT - Temperatura del producto al final del proceso.
Fo = Tiempo en minutos, requeridos para destruir una
determinada cantidad de gérmenes o esporas a 250ºF.
Para efectos de cálculo de proceso térmico, se requiere
valores mas altos de J y fH, ya que estos indican una
penetración de calor lento (peores condiciones de esterilización)

25. Determinación de la curva mas lenta
En los estudios de penetración de calor se utiliza como
mínimo 6 termocuplas.
Se grafica en papel semilogarítmico, se determina la
pendiente de la curva en un sistema lineal.
y = a + bx
Se grafica x (tiempo) versus y (log To - T), donde To es
la temperatura del proceso (RT) y T es la temperatura en cada
instante del proceso.

26. y = -0,0058x + 1,8863
R
2
= 0,9973
1,0000
1,1000
1,2000
1,3000
1,4000
1,5000
1,6000
1,7000
1,8000
1,9000
2,0000
0 20 40 60 80 100 120 140
Tiempo (min)
log(To-T)
Gráfico de Tiempo versus Log(To-T)

27. Temperatura de proceso = RT = To =239ºF = 115ºC
Tiempo (min) Temperatura
X (ºF)
0 166,6
18 177,3
36 188,8
54 200
72 209,4
90 216,1
108 221,2
126 224,6
144 227,5
Log(To-T)
Y
1,8597
1,7903
1,7007
1,5911
1,4713
1,3598
1,2504
1,1584
1,0607
Grafica de T versus Log (To - T)
Ejemplo: A partir de los siguientes datos calcule el valor de fH en
la curva mas lenta.

28. Tº Corregida
(ºF)
162,2
178,6
191,5
201,6
209,6
215,9
220,8
224,7
227,8
Tiempo (min) Temperatura
X (ºF)
0 166,6
18 177,3
36 188,8
54 200
72 209,4
90 216,1
108 221,2
126 224,6
144 227,5
Log(To-T)
Y
1,8597
1,7903
1,7007
1,5911
1,4713
1,3598
1,2504
1,1584
1,0607
y = -0,0058x + 1,8863
Log (To-T) = -0,0058·t + 1,8863
Log (239-T) = -0,0058·0 + 1,8863
(239 - T) = Antilog (1.8863)
T = 162.2 ºF
Para el tiempo 0, mediante la ecuación se obtiene la
temperatura corregida:

29. Tº Corregida
(ºF)
162,2
178,6
191,5
201,6
209,6
215,9
220,8
224,7
227,8
Tiempo (min)
X
0
18
36
54
72
90
108
126
144
y = -0,0058x + 1,8857
R2
= 1
1,0000
1,1000
1,2000
1,3000
1,4000
1,5000
1,6000
1,7000
1,8000
1,9000
2,0000
0 20 40 60 80 100 120 140
Tiempo (min)
log(To-T)
Se obtiene así la pendiente de la recta:
m = -0.0058
El valor de fH se calcula como:
fH = 1 = 1 = 172,41
|m| |-0.0058|
A mayor valor de fH, mas lento es el calentamiento.

30. 100,0
1000,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150
Curva de penetración de calor
CUT · 0,58
Ta

31.
OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DE PENETRACIÓN DE CALOR
Evaluación de la curva de penetración de calor (f h, j.fc, jc)
Para el cálculo de los valores de penetración de calor, se deben considerar la
evolución de la temperatura del producto en función del tiempo de proceso
para una temperatura de tratamiento determinada .
Representando en gráfica semilogarítmica la penetración de calor, en
alimentos típicamente convectivos, vendrá dada por una recta con mucha
pendiente y en alimentos conductivos por una recta con un tramo curvo al
principio y con menos pendiente.
La inversa de la pendiente se denomina f h y se define como el número de
minutos necesarios para que la curva atraviese un ciclo logarítmico. El grado
de curvatura durante el período de ascenso de la temperatura se cuantifica por
el factor de inercia jh.
En este caso es importante considerar que se van evaluar varios termopares
colocados a diferentes posiciones del envase, por que es importante la
determinación del valor de fh para cada uno de las temperaturas de cada
termopar.

32. El criterio de cual curva se va analizar va ser el que tenga el valor más alto de
fh.
Es muy importante mencionar si la curva no queda descrita por una línea o
líneas rectas. únicamente el análisis para este caso será mediante el empleo
del Método General o de Bigelow.
Cálculo de los valores fh, j y g en la zona de calentamiento para el caso de una
curva lineal.

33. Método matemático de Ball
Aplicable para productos de curva de penetración de calor
representada por una o dos rectas.
A) Curva de penetración de calor es una recta.
Términos utilizados:
Z; fH; IT; I=RT-IT; JI=RT-Ta; J=JI/I; Fo(Tabla 1,2,3); Fi.
U = Fo · Fi (Letalidad en minutos, a la temperatura de calentamiento)
m+g = RT - Tw (Tº de calentamiento - Tº del agua de enfriamiento)
B = Tiempo en minutos del proceso
B = fH (logJI - log g)B = fH (logJI - log g)

34. B) Curva de penetración de calor es una curva quebrada
1
10
100
1000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Tiempo (min)
Temperatura(ºF)
fH
gbh
f2

35. La fórmula para determinar el tiempo de tratamiento térmico es:
B = X + f2 (log gbh - log g)B = X + f2 (log gbh - log g)
Donde:
X : Número de minutos desde el inicio del proceso hasta el
punto de quiebre de la curva. Incluye el 42% del CUT.
gbh: RT - temperatura del producto en el punto de quiebre de la
curva de penetración de calor.
f2 : La pendiente de la curva después del quiebre.