Actualización: Tratamiento Térmico

El procesamiento térmico es función de:

• Naturaleza del alimento (por ej: pH, aw).
• Condiciones de almacenamiento del producto ya tratado.
• Población a la que va dirigido el alimento (por ej de riesgo).
• Resistencia al calor de los microorganismos (esporas y formas vegetativas).
• Carga inicial de microorganismos.
• Parámetros de transferencia de calor (medio de calentamiento- envase- alimento).

Características de los alimentos que pueden definir e tipo de procesamiento térmico:

pH: 

Este factor actúa en diferentes niveles, el primero a nivel de los nutrientes del medio que sufren modificaciones en función del iónicas, lo que permite o no dejar dichos nutrientes accesibles a los microorganismos. Otro nivel es la permeabilidad de membrana que se ve afectada por la concentración de los iones H+ y -OH. Y el ultimo nivel la actividad enzimática, que presentan un óptimo de trabajo del cual por encima o por debajo de la cinética sufre cambios. Clasificación de los alimentos según pH:

• Alimentos de alta acidez: pH < 3,7. Crecen Hongos, levaduras, lactobacilos.
• Alimentos ácidos: pH 3,7 - 4,5. Crecen Bacillus coagulans, Clostridium  Pasteurianum, Acidos Facultativos Bacillus mascerans, Clostridium butyricum, Bacillus polymyxa.
• Alimentos de baja acidez a neutros: pH > 4,5. Crecen anaerobios obligados como Clostridium botulinum, o aerobios como Bacillus.

Procesos de conservación de alimentos. Por Ana Casp Vanaclocha, José Abril Requena. 

Los alimentos que presentan un pH por debajo de 4,5 son difícilmente atacados por bacterias, pero si debemos cuidar el crecimiento de levaduras y moho.

Potencial Redox:

Esto es importante si está o no envasado en ausencia de oxigeno, ya debemos centrarnos en los microorganismos anaerobios como los Clostridium. 

El potencial redox, también llamado poder oxidante y reductor del propio alimentos; influye en la posibilidad de permitir o no el crecimiento microbiológico sobre el mismo, por su toxicidad o exigencia de oxigeno.

• Aerobios estrictos: requieren de oxigeno como aceptor final de electrones, ya no pueden utilizar vías fermentativas. 
• Anaerobios estrictos: crecen en medio sin oxígeno y presentan de forma obligados un metabolismo fermentativo.
• Aerobios facultativos: pueden desarrollarse en presencia como en ausencia de oxígeno.

Aw:

La actividad de agua del alimentos es muy importante en por ejemplo jugos y salsas, entre otros.

Los microorganismos necesitan de agua para vivir, como cualquier ser vivo para solvente de los nutrientes y medio de transporte a través del citoplasma y como parte de las reacciones hidrológicas. 

La actividad de agua es el agua disponible para que los microorganismos puedas aprovecharla en sus reacciones químicas, bioquímicas y de transporte a través de la membrana.  

Su valor va entre 0 y 1, y se define como la relación entre la presión de vapor de agua en la disolución (p) y la presión de vapor del agua pura (p0) a la misma temperatura. Aw: p / p0.

Por otro lado, la humedad relativa del ambiente (HR) está íntimamente relacionada a la Aw del alimentos. Por ello, Aw: HR / 100.

Temperatura:

La temperatura es uno de los factores más importantes ya que condiciona la viabilidad de los microorganismos, ademas regula el estado físico de agua y regula la velocidad de las reaccionas químicas y bioquímicas. 

Temperatura de almacenamiento del producto, ya que pueden presentarse bacterias mesófilas como termófilas. 

• Psicrótrofos y psicrófilos: los microorganismos psicrófilos están adaptados al frío y se desarrollan a 0°C, con un óptimo de crecimiento entre 15-20°C. Los microorganismos psicotrófilos son capaces de adaptarse y crecer a 0°C, pero su crecimiento óptimo es entre 25 y 35°C.
• Mesófilos: crecen a una temperatura entre 20 a 45°C, con un óptimo a 37°C (temperatura del cuerpo humano).
• Termófilos: se desarrollan entre 45 y 65°C, con un óptimo de 55°C.

Parámetros relacionados a la resistencia térmica de los microorganismos

Valor D - Curva de supervivencia

Valor D disminución de microorganismos en frecuencia del tiempo de tratamiento en ciclo logarítmicos. En dicha curva se observa que nunca se llega a 0 microorganismos, porque se aplican reducciones logarítmicas. Es decir, es el tiempo de reducción decimal, es decir es el tiempo necesario para que la población bacteriana se reduzca en un 90%. 

Para el valor D, desarrollamos una curva de supervivencia de microorganismos y se gráfica la carga de microorganismos en escala logarítmica que se tiene para cada tiempo, resultando una recta. 

Determinamos cuánto tiempo se tarda en reducir la carga inicial de microorganismos un ciclo logarítmico microbiano.

Dicho valor es obtenido de forma experimental.

Valor Z - Curva de tiempo de muerte térmica

Valor Z es el número de grados necesarios para que la curva atraviese un ciclo logarítmico. Se grafica el valor D en función de la  temperatura. Es decir, si utilizamos ciertas temperaturas veremos qué diferentes D obtenemos, para dichas temperaturas. 

El gradiente de temperatura que provoca que ese D se reduzca en un ciclo logarítmico, ese es el valor Z. 

Podemos decir que, D esta asociado con la resistencia en cuanto al tiempo del proceso que tiene el microorganismo y  Z tiene que ver con la resistencia térmica de ese microorganismo.

Si conozco el parámetro Z y el Tiempo de Muerte Térmica (TMT1) puedo conocer TMT2 para otra temperatura. 

El tiempo de muerte térmica (TMT) se relaciona a la dependencia con la temperatura y con la Energía de Activación. Un valor pequeño de Z (aprox 10°C) indica que el tiempo de destrucción se reduce 10 veces cada 10°C de aumento de temperatura, mientras que un valor alto de Z (aprox 50°C), indica que la temperatura debe incrementarse en 50°C para reducir el tiempo de tratamiento 10 veces. Por lo tanto, las reacciones con bajos valores de Z son altamente dependientes de la temperatura, mientras que las de alto Z se ven menos afectadas por la temperatura.

Para el diseño de un tratamiento térmico debemos conocer el valor F, ese valor F es la letalidad y se calcula para un determinado microorganismo a una determinada temperatura (específico y puntual). Para calcular este valor F, se requiere el valor D y el Z. 

La letalidad (F) es el tiempo de tratamiento térmico a temperatura constante necesario para lograr un cierto grado de destrucción de los microorganismos presentes en un alimento. El valor F está calculado a 121°C (100°F - valor de referencia para inocuidad) en minutos. Debemos calcularlo para el diseño de instalaciones, ya que se requiere mantener la temperatura por cierto tiempo para lograr la efectividad del proceso. 

Debemos considerar principalmente los procesos en productos envasados, donde la transferencia térmica no es instantánea, y por lo tanto debemos considerar el tiempo de calentamiento y el enfriamiento hasta que pierde todo el calor. Todos estas instancias de penetración de calor las debo considerar para obtener la L (letalidad). 

Método de formula: una vez calculados los L en cada punto, debo sumarlos.

Método de la gráfica: es integrar la curva de penetración de calor, y puede saber cuanto tiempo efectivo estoy en el el proceso, es decir, el F del proceso. A éste lo calculo con el F de la tabla (F efectivo - recomendado) y debo igualarlo para la inocuidad del producto.

Para una destrucción de microorganismos a través de una esterilización se utiliza un valor de F a 12D, al valor D lo multiplicamos por 12 y al F lo calculamos en base a 12D, es decir una reducción de 12 ciclos logarítmicos. En cambio para una pasteurización es en base a 3 o 4 ciclos logarítmicos. 

Si queremos destruir al máximo la carga microbiana pero no queremos destruir el valor nutricional, se hace un tratamiento de alta temperatura y corto tiempo (HTST - High Temperature/Short Time) ya que mientras aumenta la temperatura el D disminuye, disminuyendo el tiempo sustancialmente. Y como el Z de los microorganismos es menos que el de los nutrientes, los microorganismos mueren por ese cambio brusco de temperatura a diferencia de los nutrientes que básicamente no.

Clasificación de los factores que afectan la resistencia térmica:

• Temperatura: Esporas producidas a altas temperaturas son más resistentes que las formadas a bajas temperaturas. 
• pH y compuestos buffer: A menor pH, menor resistencia térmica. Más resistentes a pH óptimo. 
• Actividad de agua: A medida que disminuye la Aw, aumenta la resistencia térmica. El tiempo requerido proceso que aplican vapor húmedo es menor que con calor seco. 
• Lípidos: Se ha observado que las esporas de Cl. Botulinum presentan mayor resistencia térmica en presencia de bajas concentraciones de ácidos grasos. 
• Composición del medio: presencia de proteínas, carbohidratos, lípidos, de sistemas coloidales. La presencia de altas concentraciones de azúcares aumenta la resistencia. 
• Fuerza iónica: algunos iones afectan la resistencia térmica de esporas: calcio, magnesio, hierro, fosfatos, manganeso, sodio y cloruro. 
• Compuestos orgánicos: la presencia de varios componentes orgánicos pueden afectar la resistencia térmica. 
• Edad de los microorganismos: en fase logarítmica y estacionaria son más resistentes. 
• Número de microorganismos presentes: A menor carga inicial se requiere menor tiempo de tratamiento para llegar a la concentración sedeada. A mayor número, hay más proporción de microorganismos más resistentes. 
• Factores inherentes propios del microorganismo o la cepa.