Tema 8- TRANSMISIÓN DE CALOR EN RÉGIMEN NO ESTACIONARIO.- TRATAMIENTOS TÉRMICOS T = f (t)

Tema 8- TRANSMISIÓN DE CALOR EN

RÉGIMEN NO ESTACIONARIO.- TRATAMIENTOS

TÉRMICOS

T = f (t)

-

INSTALACIONES

-

Sistemas discontinuos

-

Autoclaves

-

Sistemas continuos

-

Torres de esterilización

-

Autoclaves continuos

-

Autoclaves

-

Verticales

-

Horizontales

-

De vapor de agua

-

De agua caliente

-

Sin sistema de agitación

-

Temperaturas características. Penetración del calor

en el envase

- Penetración del calor en el envase. Factores

Proceso Tipo de fluido calefactor

-Vapor de agua -Agua caliente -Sobre el envase (coeficiente superficial de transmisión de calor) Sistema de agitación

El valor más alto para este

coeficiente se obtiene mediante la condensación de vapor de agua sobre envases metálicos.

La agitación de los envases incrementa la transmisión de calor para determinados productos como líquidos viscosos y sólidos en el seno de líquidos.

Producto Naturaleza

Temperatura inicial

La naturaleza del producto condiciona la transmisión o penetración de calor mediante convección o conducción

Cuanto más alta sea la temperatura inicial, antes se alcanzará la temperatura de trabajo Envase Materiales Hojalata, aluminio Vidrio, plástico Geometría Relación superficie / volumen

La conductividad térmica de estos materiales determina la penetración del calor.

la penetración de calor mejora al incrementarse dicha relación.

- Penetración del calor en el envase. Factores



Naturaleza del producto. Tipos de productos:

- Líquidos de baja viscosidad que permiten la formación de corrientes de convección  calentamiento rápido (zumo, leche, etc..)

- Sólidos o líquidos de alta viscosidad en los que el calor se transmite por conducción  calentamiento más

- Penetración del calor en el envase



PUNTO CRÍTICO:

calentamiento sea mas lento. Alcanzándose el tratamiento diseñado en este punto se tendrá la seguridad de que todas las demás zonas del envase han recibido un tratamiento térmico de mayor

intensidad.

Localización

Generalmente se admite que:

 En productos que se calientan por convección

(fundamentalmente de naturaleza líquida y con baja viscosidad) en envases cilíndricos, el punto crítico se sitúa en el eje longitudinal a

1/5 de la altura medido desde la base.

 En productos que se calientan por conducción, en envases cilíndricos o de otras formas, el punto crítico se localiza en el

centro geométrico.

 En productos del tipo sólidos en líquido de gobierno es necesario asegurarse que el centro del sólido de mayor tamaño situado en una zona central del envase recibe el tratamiento

50 60 70 80 90 100 110 t (min) T e m p e ra tu ra ( ºC ) T entorno T producto 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025

L

- A cada temperatura de producto se le asocia un

valor letal L



Efecto esterilizante ( F )

=

área

bajo la curva de L

_i



F = Σ

L

_i

. t

_i

L

_i

= 10

(T

– 121 ) / Z

T

Tratamiento efectivo



comparar con

un tratamiento de referencia:

F = n x D



3 Parámetros: D, Z y n

Característicos de un microorganismo de referencia



Microorganismos de referencia

- Son aquellos que el tratamiento térmico debe destruir al tratarse, por lo general, de microorganismos alterantes o patógenos capaces de crecer en una conserva concreta.

- Del conjunto de microorganismos capaces de crecer en una

conserva concreta se toma como referencia al más termorresistente.

- La termorresistencia de este microorganismo define la letalidad mínima que debe alcanzar el tratamiento.

- La capacidad del microorganismo para crecer en una conserva concreta viene determinada por el pH del alimento:

-

pH > 4,5



Clostridium botulinum

-

Parámetros D, Z y n. El modelo de Bigelow

1. Cinética de termodestrucción microbiana

la velocidad de destrucción de los microorganismos por el calor es proporcional a N

dN

k N dt

Integrando la anterior ecuación diferencial entre un instante inicial (t = 0) donde la población es N₀ y un instante genérico t, se tiene

0 0 N t N dN k dt N  Ln N – Ln No = k t





N

N

Tomando logaritmos decimales en ambos términos y despejando t.

log N0 N = k t log(e) t = log N0 N 2, 303 k Para N = 0 10 N

, el tiempo de tratamiento es igual a 2,303

k . Este valor se denomina

tiempo de reducción decimal, se designa por D y se define como el tiempo de calentamiento a la temperatura constante T, necesario para reducir 10 veces una población de microorganismos localizada en una zona puntual de sustrato.

En función del parámetro D la ecuación anterior toma la forma siguiente:

t = log

N

N

D

Despejando log N se obtiene la ecuación:

log N = log No

1

D

t

Esta ecuación expresa que la representación gráfica del logaritmo de microorganismos supervivientes en función del tiempo de exposición a una temperatura constante T, se ajusta a una línea recta de pendiente – 1

D y log No

como ordenada en el origen.

log N log N0 log (N0 /10) T log Ni log (Ni /10) log Nf 0 D D t (min)

Figura 4.1. Curva genérica de supervivencia de una población microbiana N

Ejemplo práctico. Cálculo del parámetro D a

una temperatura constante

4.- Calcula el valor del tiempo decimal de termodestrucción a 116 ºC (D116) de un

microorganismo a partir de los siguientes datos de supervivencia: Duración del tratamiento Número de viables

5 340,0 10 65,0 15 19,0 20 4,5 25 1,3

5.- Evalúe matemáticamente el valor de D a 100 ºC con la siguiente información.

tiempo (min) N (esporas/g)

0 10.000 10 90 14 12 18 2 22 0,33

Si el ensayo anterior se repite a diferentes temperaturas, se podrán calcular los valores de D para cada una de ellas. Representando estos valores en coordenadas semilogarítmicas en función de la temperatura del ensayo se obtiene también una relación lineal del tipo siguiente:

log DT

log D_Ti

log (DTi /10)

T

Z

Figura 4.2. Curva de tratamientos de efecto equivalente.

El parámetro Z expresa la capacidad relativa de resistencia al calor de la población microbiana y representa el incremento de temperatura medido en grados centígrados necesario para reducir 10 veces el tiempo de reducción decimal.

Parámetro Z

log D

=

1

Ejemplo práctico. Cálculo del parámetro Z

con varios valores de D

6.- Evalúe matemáticamente el valor de Z con la siguiente información.

Temperatura (ºC)

D (min)

110

19,65

113

10,47

115,5

4,92

118,3

2,56

121

1,23

Parámetro n (factor de reducción)

n

= log N

– log N

= log

f

N

N

Microorganismo pH de la conserva T (ºC) D (min) Z (ºC) _n

Clostridium botulinum > 4,5 121 0,1 - 0,2 0,1 - 0,3* 14 - 18 8 - 11* 12* Clostridium sporogenes > 4,5 121 0,1 - 1,5 0,8 - 1,5* 14 - 18 9 - 11* 5* Clostridiumthermosaccharolyticum > 4,5 121 3 - 4 3- 4* 16 - 22 7 - 10,5* 5* Bacillus stearothermophilus > 4,5 121 4 - 5 4 - 5* 14 - 22 9,5 - 10* 5* Bacillus coagulans 4 - 4,5 121 0,01 - 0,07 0,01 - 0,07* 14 - 18 10* 5* Clostridium pasterianum 4,2 - 4,5 100 0,1 - 0,5 0,1 - 0,5* 12 - 16 8* 5*

Tabla 4.3. Factores de reducción recomendados para algunos microorganismos de referencia.

Parámetro

n

La expresión de un tratamiento térmico en función de los parámetros anteriores es:

t =

n

D

F =