RESISTENCIA TÉRMICA DE LOS MICROORGANISMOS

1. RESISTENCIA TÉRMICA DE LOS MICROORGANISMOS

2. Factores que afectan la resistencia térmica Temperatura Ambiente iónico Lípidos Condiciones ambientales activas durante crec. Y desarrollo Condiciones ambientales durante T de calentamiento Resitencia inherente Especie Esporas Células vegetativas Proteínas de alta estabilidad pH Componentes buffer Ambiente iónico aw Comp. medio

3. RESISTENCIA TÉRMICA DE LOS MICROORGANISMOSLa destrucción térmica de microorganismos, enzimas, nutrientes y características sensoriales, describen una cinética de primerorden ( dependen exclusivamente del componente en cuestión), que comúnmente es denominada de tipo logarítmica (es decir, para un intervalo de tiempo, siempre se destruye un mismo porcentaje de cada componente ó población microbiana)

4. RESISTENCIA TÉRMICA DE LOS MICROORGANISMOS m.o.’s enzimas nutrimentos Características Sensoriales DESTRUCCIÓN TÉRMICA (T, t) DE SISTEMAS BIOLÓGICOS Cinética 1er. Orden alimento La cinética de 1er. Orden puede expresarse: -dC = KTC dt Concentración del componente en cuestión (1) Velocidad de destrucción Cte. Veloc. de reacción

5. C t (2) = KT t0 C0 Resolviendo la integral: -ln C + ln C0 = KT (t – t0) (3) O bien, log C = log Co - KT t 2.303 cuya representación gráfica se muestra a continuación:

6. Log Núm. Sobrevivientes C0 10 2 10 1 1 D 10 -1 10 -2 t1 t2 t (min) m = -log C0 – log C = -log C0/ log C = D D = - 1/D m = - KT/ 2.303 - KT/ 2.303 = - 1/D D = 2.303 KT Cinética de primer orden para la destrucción de microorganismos(Curva de Sobrevivientes) a T cte. D = Tiempo de reducción decimal

7. De la “Curva de Sobrevivientes”, se obtiene que :DT= tiempo de reducción decimal (min) a una temperatura dada (T)= tiempo necesario para reducir en un90% la población microbiana= tiempo necesario para que la Curva de Sobrevivientes atraviese un ciclo logarítmico

8. Los m.os mueren a todas las Temps. superiores a la letal mínima,  lo harán más rápidamente a T altas. D1= 0.4 min D2= 0.7 min D3 = 1.2 min 104 104 D1 103 103 D2 El valor de D sirve para comparar las velocidades de destrucción para un mismo m.o a s T’s. D3 102 102 101 101 D230 D250 D260 100 100 1 2 t (min) t (min) t DT = log a – log b HAY QUE ENCONTRAR UN ÓPTIMO ENTRE CONSERVACIÓN – NUTRICIÓN – CARACTS. SENSORIALES T1 > T2 > T3 D1 < D2 < D3 A > T se destruye> cantidad de m.o. en t’smás cortos Entre más termorresistente sea un m.o. , más elevado será el valor D y  se requiere > t para alcanzar una reducción del 90% de la población de m.o.’s

9. log Núm. Sobrevivientes a) Curva típica de sobrevivientes. tiempo tiempo log Núm. Sobrevivientes log Núm. Sobrevivientes tiempo tiempo log Núm. Sobrevivientes log Núm. Sobrevivientes conalmidón sin almidón Desviaciones a la curva Núm. Sobrevivientes

10. Oportunidad de sobrevivencia T= CTE. Y LETAL

11. A PESAR DE QUE UN TRATAMIENTO TÉRMICO SEA SEVERO SIEMPRE HABRÁ LA OPORTUNIDAD DE SOBREVIVENCIA. ESTA PROBABILIDAD DE SOBREVIVENCIA PUEDE SER EXTREMADAMENTE PEQUEÑA PERO COMO SE APRECIA EN LA TABLA, TEÓRICAMENTE ES IMPOSIBLE LOGRAR UNA ESTERILIZACIÓN ABSOLUTA. LA PROBABILIDAD DE SOBREVIVENCIA EN CUALQUIER PROCESO ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA POBLACIÓN ORIGINAL.

12. -1 m = z CONSIDERANDO QUE D ES ESPECÍFICO PARA CADA TEMPERATURA, AL GRAFICAR EN ESCALA LOGARÍTMICA LOS VALORES DE D CONTRA T, SE OBTIENE: La Curva de Tiempo de Muerte Térmica (TMT) 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. 10 Tiempo de Muerte térmica (min) Log DT 1 z 0.1 220 240 260 280 T (ºF) T2 T1

13. Z corresponde a la elevación de la Temperatura, necesaria para reducir en 1/10 el tiempo de tratamiento térmico estándar para obtener la misma tasa de destrucción. Z representa un cambio de “x” número de º Centígrados o ºFarenheit y NO una temperatura Z caracteriza la dependencia de un factor biológico con la Temperatura. El efecto causado debido a un cambio en la temp. sobre la resistencia de algún componente del alimento. Valores z pequeños, indican variaciones o cambios significativos en los componentes con poco cambio de T = Gran Dependencia. Valores z grandes, indican que se necesitan cambios grandes en la T para afectar algún componente = Alta resistencia

14. En el caso de la destrucción microbiana,el TMT se representa por el valor F,que es un múltiplo de DT.F = valor esterilizante (min)Es decir, mientras que D es el tiempo necesario para reducir un 90% la población microbiana, F representa el tiempo requerido para reducir la carga microbiana por un múltiplo de D.El 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 valor z del microorganismo al cuál está dirigido: FzTref

15. LA SIGUIENTE ECUACIÓN RELACIONA LOS VALORES D Y F CON LAS TASAS DE MICROORGANISMOS, ANTES (a) Y DESPUÉS (b) DEL TRATAMIENTO; (b = riesgo admitido, o sea, la probabilidad de encontrar esporas en un alimento) FTref = D (log a – log b) = D x factor z Reducciones Decimales z Para alcanzar una seguridad suficiente en destrucción de m.o.s, se utilizan las siguientes reducciones decimales: • Tres reducciones decimales (3D)para productos con pH < 4.5, y también para • destruir bacterias termófilas en productos con pH >4.5 (conservas tropicales). • Cinco reducciones decimales (5D)para productos con pH > 4.5, (destrucción • de Clostridium sporogens). • Seis reducciones decimales (6D)para productos de frutas (destrucción de • Byssochlamys fulva) • Doce reducciones decimales (12D) para destruir Clostridium botulinum.

16. Optimización del Proceso Térmico

17. LA DEPENDENCIA TÉRMICA DE CÉLULAS VEGETATIVAS, ESPORAS Y ENZIMAS TERMOLÁBILES ES APROXIMADAMENTE 6 VECES MAYOR QUE LA DE LAS VITAMINAS Y LAS CUALIDADES SENSORIALES. ESTO CONSTITUYE EL CRITERIO PARA OPTIMIZAR UN PROCESO TÉRMICO ENTONCES, SE NECESITA DETERMINAR EL TIEMPO DE CALENTAMIENTO NECESARIO PARA OBTENER LA ESTERILIDAD COMERCIAL, POR LO TANTO SE TIENE LO SIGUIENTE: De la Curva de Sobrevivientes se sabe que: --------------- (1) = Donde n = número de esporas por unidad de volumen De la curva de TMT, se tiene que ------------ (2) =

18. DT = DTref Como D está en función de la T , DT cambiará conforme avance el proceso. Por lo que integrando la ecuación (2), se define esa dependencia de la siguiente manera: -------- (3) = Sustituyendo (3) en (1) , se tiene: log DT – log DTref = = log = Resolviendo la integral del lado izquierdo:

19. = = Ecuación que define el valor para un Proceso Térmico, esto es, el cálculo del tiempo.

20. = TIEMPO EN MINUTOS A LA Tref QUE LOGRARÁ UN NIVEL ESTABLECIDO DE DESTRUCCIÓNDE MICROORGANISMOS EN EL PUNTO CRÍTICO (PUNTO FRÍO) DE UN PRODUCTO, GARANTIZANDO SU ESTERILIDAD COMERCIAL. CUANDO : 250 ºF (121 ºC) y 18 ºF (10 ºC) El valor de F se representa : ó

21. De la curva de TMT, se tiene que: (a) O bien, (b)

22. Cuando la temperatura de calentamiento empleada en un proceso dado, es diferentea la Tref ,entonces debe calcularse la F requerida (Freq) Tiempo en minutos a una temperatura dada (T) que logrará la misma destrucción de microorganismos en el punto crítico que la lograda por F requerido, es el que da esterilidad al producto F proceso, es el que se calcula Problemas de m.o.’s patógenos Si

23. EN MUCHOS CASOS, COMO EN EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE PRODUCTOS ÁCIDOS UNA A UNA TEMPERATURA DE REFERENCIA DE 250 ºF NO ES MUY ADECUADA, E INCLUSO, EN PRODUCTOS NO ÁCIDOS PUEDEN UTILIZARSE VALORES A TEMPERATURAS DIFERENTES DE 250ºF. SI SE CONOCE EL VALOR A UNA TEMP. DADA (T1) PARA EL M.O. CON EL VALOR Z CORRESPONDIENTE, PUEDE CALCULARSE UN NUEVO VALOR CON LAS SIGUIENTES ECUACIONES: (1) (2)

24. Cálculo del Procesamiento Térmico

25. Procesamiento Térmico Dentro del Envase Matemáticos:FÓRMULA DE BALL (1923-1928) MÉTODOS Gráficos: GENERAL MEJORADO • PARA APLICAR ESTOS MÉTODOS ES NECESARIO CONOCER : • VALOR PARA EL MICROORGANISMO BASE DE DISEÑO A UNA • TEMP. DADA. • B) LA HISTORIA TÉRMICA O DE PENETRACIÓN DE CALOR DEL PRODUCTO

26. T (ºF) 249 240 fh TAA I = Tc- Ti 150 JI = Tc - T0p T0p 0.58 TAA 0 10 20 30 40 50 t (min ) B Prendido del vapor Tiempo mortal del proceso Cero corregido del proceso Apagado del vapor Fórmula de Ball g =al final del calentamiento B = fh (log JI – log g)

27. B = fh (log JI – log g) 1. Se grafica la historia térmica en papel semilog y en forma invertida, partiendo de (Tc-1). Unir puntos y prolongar la línea en la región recta. 2. De la gráfica, obtener fh 3. Calcular JI = Tc - T0p T0p = temp. pseudoinicial, se obtiene de la gráfica al corregir el tiempo. tiempo corregido = tiempo de arranque x 0.58  t corregido = 12 min (0.58) = 6.96 min Se interpola el valor de t corregido en la gráfica y se obtiene la T0 T0 = 109 ºF JI = 239 -109 = 130 ºF

28. 4. Log g se determina en tablas o gráficas. Para ello debe obtenerse el valorde y el de Tc- TE = m + g donde: Suponiendo un num. final de esporas de 1 por lata : se obtiene de tablas, con los siguientes datos: Tref= 212 ºF y z=18ºF ; (0.7512) (0.0315) = 0.237 min  y con el dato de Tc- TE = m + g = 239 – 60 = 179 ºF, se localiza en gráficas el valor de log g, De donde se obtiene que log g = 1.35ºF

29. B = fh (log JI – log g) SUSTITUYENDO LOS VALORES OBTENIDOS , SE OBTIENE QUE: B = 26 min ( LOG 130 ºF – 1.35 ºF) =18.98 min

30. Método General Mejorado Fundamento:Cada punto de las curvas de calentamiento y enfriamiento de la historia térmica de un producto, ejerce un efecto letal sobre el m.o. contaminante de dicho producto. INTEGRACIÓN GRÁFICA DE DEL EFECTO LETAL DE DICHOS PUNTOS  Diferentes combinaciones t-T pueden lograr el mismo efecto letal sobre un m.o. dado.

31. De la curva de TMT, se tiene que: Se establece un valor arbitario de F=1 como base del proceso, esto es, calculando TMT a partir de , se tiene que equivale a 1 minuto a 250 ºF (F=1 min). Si se utilizara una temperatura de proceso de 232 ºF y z=18 ºF , entonces se tendría:

32. 10 min a 232 ºFequivalen en letalidad a 1 min a 250 ºF, o bien, utilizando el recíproco del término TMT/1, se obtendría : Lo que significa que 1min a 232 ºF equivalen a 0.1min a 250 ºF El término se conoce como Velocidad letal, Valor letal o Letalidad Y se utiliza para calcular los tiempos de proceso térmico. Este término está en función de la Temperatura del Producto y del valor z.

33. EN MUCHOS CASOS, COMO EN EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE PRODUCTOS ÁCIDOS UNA A UNA TEMPERATURA DE REFERENCIA DE 250 ºF NO ES MUY ADECUADA, E INCLUSO, EN PRODUCTOS NO ÁCIDOS PUEDEN UTILIZARSE VALORES A TEMPERATURAS DIFERENTES DE 250ºF. SI SE CONOCE EL VALOR A UNA TEMP. DADA (T1) PARA EL M.O. CON EL VALOR Z CORRESPONDIENTE, PUEDE CALCULARSE UN NUEVO VALOR CON LAS SIGUIENTES ECUACIONES: (1) (2)

34. En donde: T2 = Temp. a la que se desea efectuar el tratamiento térmico T1 = Temp. de referencia para el tratamiento térmico = Valor esterilizante buscado ( a T2) = Valor esterilizante conocido ( a T1) z = Valor “z” del microorganismo utilizado como base del proceso

35. Método General Mejorado • El procedimiento para aplicar el método general mejorado, requiere los datos de : • Penetración de calor • La conversión de la temperatura del producto a valores de letalidad. En donde : L =Valor letal o letalidad. T = Cada una de las temperaturas registradas durante el calentamiento y enfriamiento del producto Tref = Temperatura de referencia.

36. Por lo tanto, el valor (F de proceso) será :

37. L 1 .8 .6 .4 .2 t (min) Formas para resolver la ecuación anterior: • Obteniendo los valores letales de cada combinación t – T y graficarlos 2. Con la sumatoria del registro de la temperatura de penetración de calor a cada minuto

38. Se determina el valor letal de cada combinación t-T de los datos de penetración de calor con la ec. 2. Se obtiene el valor FT correspondiente a esa temperatura con la ecuación En el caso de registro min. a min, FT = al valor letal en valor numérico. 3. Se efectúa la sumatoria de cada valor FT obtenido con el de los anteriores, para obtener “F acumulado” para el calentamiento y para el enfriamiento. 4. Finalmente, la Fproc en los diferentes tiempos se determina: Fproc = FT acumulada hasta el min “n” + FT acumulada en del calentamiento el enfriamiento

39. Valores Letales, de FT y Fproc del ejemplo de néctar de durazno.

40. Valores Letales, de FT y Fproc del ejemplo de néctar de durazno.

41. Fórmula de Ball Curva quebrada