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1 CONSERVACIÓN POR CALOR La propia naturaleza biológica de los productos cárnicos, es la causa del desarrollo de una serie de transformaciones químicas, bioquímicas y microbiológicas que modifican las características originales del alimento y llegan a producir su deterioro. 2 INTRODUCCIÓN La conservación comercial de alimentos se estableció a principios del siglo XIX, nuestros antepasados desarrollaron muchos métodos de conservación más o menos efectivos, que se han empleado durante cientos de años. 3 INTRODUCCIÓN La aplicación del calor en los productos cárnicos, en particular, tiene por objetivo: prolongar la durabilidad mantener a lo largo del tiempo las características organolépticas y sensoriales del alimento tales como color, olor, sabor, consistencia, valor nutricional, etc, y para lograrlo se deben destruir o dañar a los microorganismos patógenos, tóxicos y putrefactivos e inactivar las enzimas sin realizar procesos térmicos excesivos que impliquen la sobre cocción del producto y dañen las características sensoriales del mismo. 4 INTRODUCCIÓN Dentro de los métodos de conservación por calor encontramos los procesos de pasterización y esterilización. Para alcanzar éstos objetivos es necesario conocer que tipo de producto se va a tratar, y cuales serán las condiciones posteriores de conservación, por lo que la determinación de los parámetros que inciden en el proceso como son el tiempo y la temperatura, son vitales para alcanzar éstos objetivos. 5 ACCIÓN DEL CALOR SOBRE LOS PRODUCTOS CÁRNICOS Acción sobre las proteínas Inactivación enzimática Obtención de características sensoriales deseadas Inactivación microbiana 6 ACCIÓN SOBRE LAS PROTEÍNAS Coagulación de la estructura proteica. • miofibrilares: entre 40°C y 60°C. • sarcoplasmáticas: a 70°C no están totalmente desnaturalizadas. Transformaciones químicas y bioquímicas Mayor asimilación de nutrientes 7 Gelificación de almidones: 65 y 72 ° C Productos de sangre y plasma: Al menos 75 ° C La desnaturalización por calor de la mioglobina comienza a 65 °C 8 La inactivación de las enzimas : 60 a 75 °C. INACTIVACIÓN ENZIMÁTICA calentamiento incrementa velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas Temperatura entre 55 y 60 ºC inactiva mayoría de las enzimas Temperatura entre 55 y 60 ºC No inactiva Enzimas de algunas especies patógenas La inactivación de las enzimas : 60 a 75 °C. calentamiento incrementa velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas 9 OBTENCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS SENSORIALES DESEADAS calentamiento Características sensorialesModifica Mejor textura Hinchamiento y gelificación del colágeno Desarrollo de sustancias sápidas 10 INACTIVACIÓN MICROBIANA calentamiento Estabilidad de los productosprovoca Inactivación de los microorganismos Mayor número de microorganismos implica Mayor intensidad de tratamiento térmico 11 METODOS DE CONSERVACIÓN POR CALOR MICROORGANISMOS EN LA CARNE Forma vegetativa (55 a 100 ºC) Forma esporulada (resisten 130 ºC)metabolismo se encuentra activo Condiciones desfavorables Bacilos y clostridios Forma vegetativa Pasteurización Esterilización 12 PASTEURIZACIÓN Tratamiento inferior o igual a 100 C Destruye las formas vegetativas y en especial los microorganismos patógenos algunas formas vegetativas deteriorantes pueden sobrevivir refrigeración y el empleo de aditivos químicos, como los conservantes. combinación de tiempo-temperatura Resistencia térmica de microorganismos Sensibilidad térmica del producto 13 ESTERILIZACIÓN Tratamiento superior a 100 °C Destruye la flora vegetativa e inhibe los microorganismos y las esporas de manera tal que no pueden reproducirse No necesita de ningún otro método de conservación posterior 14 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Transmisión de energía desde una región a otra debido al gradiente térmico que existe entre ambas. Conducción Convección Energía cinética entre moléculas sin desplazamiento de las mismas. Mecanismo que rige el tratamiento térmico en los productos cárnicos sólidos. La energía se transmite por una combinación de conducción de energía almacenada con la producida en medio liquido por el gradiente térmico entre las paredes y las zonas interiores 15 PUNTO CRÍTICO Centro térmico transferencia de calor ocurre más lentamente microorganismos tienen mayor probabilidad de sobrevivir Si los microorganismos son destruidos en ese punto, se puede asegurar que también lo serán en el resto del producto. menor valor letal 16 UBICACIÓN DEL CENTRO TERMICO En el centro geométrico de su masa. En el eje longitudinal del envase a 1/4 de la altura, medido desde la base. 17 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Destrucción de microorganismos por calor Forma exponencial No hay destrucción total de los microorganismos • Dañe los microorganismos • No le permita su desarrollo • Reduzca la probabilidad de supervivencia a valores prácticamente seguros • No implique un riesgo para el consumidor. Pretende Aplicar un tratamiento térmico 18 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Donde: D = “tiempo de reducción decimal”, que se define como “el tiempo requerido para reducir la población de microorganismos a temperatura constante en un 90%”. Esta comportamiento exponencial relaciona la cinética de degradación de los microorganismos con una ley exponencial de primer orden: 19 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR dN/dt = Kn donde N es el número de microorganismos. Conocida como ley de supervivencia, cuya representación en papel semilogarítmico es una recta con pendiente 1/Dt, derivando: t = D (log No – N) t = Dn 20 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Donde: No = número de células antes del tratamiento térmico. T = 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. 21 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR El carácter exponencial de esta ley indica que teóricamente no puede llegarse a una destrucción total de los microorganismos presentes aunque el tratamiento sea muy largo. 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. 22 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR 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” 23 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Si se superponen en una misma gráfica las curvas de muerte térmica a diferentes temperatura para un mismo microorganismo, como se muestra en el ejemplo a continuación, sobre la resistencia térmica del D-Streptococcus, se podrán trazar las rectas que permitan calcular el valor de la reducción decimal para cada una de dichas temperaturas. 24 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Aquí se aprecia como en un tratamiento térmico 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 disminuye a 2,95 minutos y a 75 °C el valor D es solo 0.33 minutos 25 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Es evidente que cuanto mayor sea la temperatura menor será el valorde la reducción decimal D, o lo que es lo mismo, será necesario menos tiempo para conseguir la destrucción del 90% de los microorganismos iniciales. 26 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Del mismo modo que se obtuvo el parámetro D, se podrá determinar otro parámetro muy importante en la cinética de muerte microbiana que define la termo resistencia característica de cada especie de microorganismo en un medio de composición definida: ………… 27 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Si ploteamos en un papel semilogarítmico los valores de D a diferentes temperaturas obtendremos también una línea recta de pendiente negativa conocida como resistencia térmica que se denota como valor "z", Ésta corresponde al paso de la recta por un ciclo logarítmico, o lo que es lo mismo, al valor de la inversa de la pendiente de la recta cambiada de signo. 28 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR 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. 29 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Esta curva es conocida como curva TDT o segunda ley de la cinética de los microorganismos y relaciona los logaritmos del tiempo de destrucción térmica (TDT) o del tiempo de destrucción decimal (Dt) con la temperatura. 30 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR z TrTL log Esta curva es conocida como curva TDT o segunda ley de la cinética de los microorganismos y relaciona los logaritmos del tiempo de destrucción térmica (TDT) o del tiempo de destrucción decimal (Dt) con la temperatura. 31 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR Si aplicamos este concepto al ejemplo de la destrucción de D streptococo analizado anteriormente, podemos apreciar la dependencia de la resistencia térmica con la temperatura. En esta figura, 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 minutos. 32 •Tipo de microorganismo •Fase de crecimiento •Temperatura del medio •Medio Resistencia térmica de los microorganismos z TrTL log 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 en cuestión. Relaciona la termo resistencia del microorganismo con el efecto letal que provoca la temperatura del proceso. Estos valores están tabulados para los principales microorganismos en función del tratamiento térmico. 33 CINÉTICA DE LA DESTRUCCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR CALOR 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. 34 MECANISMOS DE PENETRACION DEL 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. Se conocen tres modos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación, siendo los dos primeros los principales mecanismos que intervienen en la transmisión de calor en los productos cárnicos. 35 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR 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. El mecanismo de conducción caracteriza la penetración de calor en la mayoría de los productos cárnicos, en productos tales como jamones y embutidos en general. 36 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR En el calentamiento por convección 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. 37 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR En los productos sólidos con un líquido de cobertura, como es el caso de las conservas cárnicas en salmuera o en salsas, 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. 38 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR 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. 39 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR 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 la transferencia de calor se lleva a cabo mas 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. 40 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR Centro térmico 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. 41 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR Centro térmico Dado que el efecto de un tratamiento térmico sobre los microorganismos depende tanto de la temperatura como del tiempo, el punto crítico 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 (Tiempo- Temperatura) para la cuantificación del efecto letal del tratamiento. 42 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR Centro térmico 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, medido 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 masa. 43 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR Centro térmico 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 ésta a medida que nos acercamos al centro del envase. 44 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR Centro térmico Hay entonces un gradiente térmico y un flujo calórico que penetra constantemente desde las zonas exteriores mas calientes hacia las mas 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 sigue manteniendo un flujo de calor hacia el centro, mas frío aún que ellas. 45 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR Centro térmico Esto hace que la temperatura del centro siga aumentando durante un tiempo aunque haya comenzado la etapa de enfriamiento, lo que es mas marcado a medida que aumenta el diámetro del producto tratado. 46 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR La figura a continuación, muestra los mecanismos de penetración de calor. En productos en los que intervienen los dos mecanismos de transmisión de calor explicados con anterioridad, será necesario asegurarsede que el centro del sólido de mayor tamaño recibe el tratamiento adecuado, y será allí donde se coloque el sensor. 47 MECANISMOS DE PENETRACION DEL CALOR 48 49 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR 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. En la figura se muestra un ejemplo de curva de penetración de calor en un proceso de pasterización donde se distinguen perfectamente las dos fases del proceso: 50 CURVAS DE PENETRACIÓN DE CALOR EN UN PROCESO DE PASTEURIZACIÓN Esta combinación de tiempo y temperatura fijados como requeridos para la estabilidad e inocuidad del producto del que se trate se denomina “PROCESO” Proceso: 3: 30 h a 80 °C 51 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR Fase de calentamiento: En esta etapa puede notarse como el producto es introducido a la cocción cuando ya el medio de calentamiento tiene la temperatura deseada y la temperatura del producto se incrementa con una determinada pendiente hasta alcanzar la temperatura interior deseada, en este caso 70 °C, con un medio de calentamiento de agua a 80 °C . La velocidad de esta penetración esta determinada por el diámetro del producto. 52 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR Fase de enfriamiento: En esta fase el producto se somete a un tratamiento de atemperado donde comienza a reducirse la temperatura interior. Este método de cocción a temperatura constante puede considerarse como una curva típica del tratamiento térmico mas recomendado para la pasterización de productos cárnicos cuando se realiza en tachos. 53 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR Si graficamos ahora las etapas para un proceso de esterilización distinguiremos tres etapas del proceso respecto al medio de calentamiento: 54 0 40 80 120 0 100 200 300 400 tiempo (min) te m p er at u ra ( ºC ) T producto T agua CURVAS DE PENETRACIÓN DE CALOR EN UN PROCESO DE ESTERILIZACIÓN Proceso: 200 minutos a 121°C. 55 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR Fase de calentamiento: En esta etapa la temperatura del agua empleada para la esterilización dentro del autoclave se incrementa rápidamente hasta alcanzar la temperatura de proceso de 121 °C y el producto comienza también a incrementar su temperatura. 56 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR Fase de mantenimiento: Esta fase comienza cuando la temperatura del agua alcanza la temperatura de proceso y permanece constante durante el tiempo establecido en el diseño de dicho tratamiento, que esta en función del tipo de conserva que se elabora. 57 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR Fase de enfriamiento: En función del tipo de autoclave empleado el agua caliente se extrae y comienza a entrar agua corriente para comenzar el descenso de la temperatura del producto hasta aproximadamente 50 °C. 58 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR En ambos ejemplos puede notarse como 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 mas frío. 59 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR Este gradiente de temperatura es función del diámetro del producto, por lo que embutidos o envases de mayor diámetro alcanzaran valores de temperatura interna mas altos que los embutidos mas finos o envases mas pequeños, para un mismo valor de temperatura interna final en el proceso 60 CURVAS DE PENETRACION DEL CALOR 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 200 minutos a 121°C, contados siempre a partir de que se alcance la temperatura de proceso. 61 CUANTIFICACION DE LOS TRATAMIENTOS TERMICOS Tipo de producto Mecanismo de transferencia de calor Ubicación del punto critico Microorganismo de referencia en función del tratamiento: 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. 62 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-Streptococcus, que aunque no provoca envenenamiento, si es deteriorante a concentraciones de 105. 63 VALOR DE PASTERIZACIÓN Cuando se diseña un proceso térmico para eliminar una carga inicial de ese microorganismo, se asume que bajo la práctica industrial, uno en 100,000 productos pueden ser microbiológicamente 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. 64 65 66 67 68 69 VALOR DE PASTERIZACIÓN Al determinar el tratamiento para la eliminación del D-estreptococo, todos los microorganismos menos sensibles al calor que él, quedarán lógicamente eliminados con dicho tratamiento. 70 VALOR DE PASTERIZACIÓN La destrucción del D-Streptococcus 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 presentará una relación de letalidad LT. 71 VALOR DE PASTERIZACIÓN En estas fases del proceso también ocurren efectos letales que se deben integrar al efecto letal de la fase de mantenimiento, 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 sea equivalente a un tiempo y 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. 72 VALOR DE PASTERIZACIÓN Esto quiere decir, que cualquier proceso térmico llevado a cabo a cualquier temperatura y durante cualquier tiempo podrá referirse a la destrucción del D-streptococcus 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 éste microorganismo, como veremos a continuación. 73 VALOR DE PASTERIZACIÓN Recordemos que la ecuación: L = log. T – Tr/z 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 74 VALOR DE PASTERIZACIÓN Pero ya definimos como P al valor de pasterización del proceso, entonces: Pt=Lt Por lo que: Pt= ∫ L(t) dt 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. 75 VALOR DE PASTERIZACIÓN Para el caso especifico de un tratamiento donde se tome como referencia el D-streptococcus, la expresión quedará: Pt = ∫ 10 t-70 °C/z dt O lo que es lo mismo: 𝑷𝟏𝟎 𝟕𝟎 = ∑ p/t x ∆t 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 76 VALOR DE PASTERIZACIÓN ∆t: intervalos de tiempo en los que se realizan las mediciones de temperatura. Existen varios métodos para la determinación del valor de pasterización y esterilización pero éste, diseñado por Patashkin, resulta ser el más fácil de utilizar e igualmente veraz en los resultados. 77 VALOR DE PASTERIZACIÓN Si se aplica el concepto de seguridad de 12D- 15D y consideramos 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. 78 VALOR DE PASTERIZACIÓN Esto quiere decir 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. 79 VALOR DE PASTERIZACIÓN 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. 80 CUANTIFICACIÓN DEL PROCESO DE PASTERIZACIÓN 𝑷𝟏𝟎 𝟕𝟎 =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. Pt = ∫L(t) dtz TrTL log 𝑷𝟏𝟎 𝟕𝟎 = ∑ p/t x ∆t Microorganismo de referencia: D-Streptococo 81 Cualquier proceso térmico llevado a cabo a una temperatura y durante determinado tiempo podrá referirse a la destrucción del D-Streptococcus y es equivalente a haberlo tratado durante ese tiempo a 70 °C. PROCESO EQUIVALENTE Bajo condiciones prácticas imposible calentamiento y enfriamiento instantáneos P → 40 – 60 min (embutidos y curados) 82 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. 83 VALOR DE ESTERILIZACIÓN En los casos de esterilización el microorganismo elegido como referencia es el Clostridium botulinum, No es el más termo resistente, pero es un peligroso formador de toxina altamente letal. 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, que dicho microorganismo se dañe de manera tal que no pueda producirla y esa precisamente es la definición de esterilización. 84 VALOR DE ESTERILIZACIÓN El segundo paso es elegir una temperatura de referencia, que para la esterilización es de 121 °C, 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 y el microorganismo de referencia tiene un valor z = 10 °C la relación de letalidad se denomina Fo y se conoce entonces que el asumido es el Clostridium botulinum, el que se denota como 𝑭𝟏𝟎 𝟏𝟐𝟏 85 VALOR DE ESTERILIZACIÓN El valor F se calculará como en el caso de la ecuación: Ft= ∫ L(t) dt Pero aplicado al proceso de esterilización, por lo que la ecuación tomando como microorganismo de referencia al Clostridium botulinum quedará entonces: Ft = ∫ 10 t-121° C/z dt Fo = 𝑭𝟏𝟎 𝟏𝟐𝟏 = ∑ f/t x ∆t 86 VALOR DE ESTERILIZACIÓN Siendo: 𝑭𝟏𝟎 𝟏𝟐𝟏 = 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. 87 VALOR DE ESTERILIZACIÓN Dado que la muerte de las esporas comienza ya a temperaturas más bajas, y que bajo condiciones prácticas no es posible alcanzar inmediatamente en todos los puntos del autoclave y en el envase 121 °C, se incluyó el valor F como valor de comparación. 88 VALOR DE ESTERILIZACIÓN 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 mas 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. 89 VALOR DE ESTERILIZACIÓN Desde este punto de vista vamos a ver 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. 90 VALOR DE ESTERILIZACIÓN 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. 91 VALOR DE ESTERILIZACIÓN 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 Cl. sporogenes. 92 VALOR DE ESTERILIZACIÓN Las esporas termófilas 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. 93 VALOR DE ESTERILIZACIÓN Para el de Cl. 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: Ft = D (log No – N) No = 1 x 1012 esporas/mL N = 100 esporas/mL D121ºC = 0,21 minutos Tendremos: Ft = 0,21 (log1012 – log100) = 12D = 2,52 minutos 94 VALOR DE ESTERILIZACIÓN 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 > 2,5 presentará una probabilidad de supervivencia para Cl. botulinum menor de 10-12. 95 VALOR DE ESTERILIZACIÓN En la práctica esto significa que suponiendo que antes del tratamiento térmico todos los envases producidos estén contaminados por una espora de Cl. 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? 96 VALOR DE ESTERILIZACIÓN Debido a la imposibilidad de alcanzar tal condición podemos aplicar el concepto de F como unidad de letalidad de referencia para un tratamiento térmico de esterilización equivalente a 1 minuto a 121 °C. 97 VALOR DE ESTERILIZACIÓN 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. 98 VALOR DE ESTERILIZACIÓN 𝑭𝟏𝟎 𝟏𝟐𝟏=Valor de esterilización a 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. Ft = ∫L(t) dtz TrTL log 𝑭𝟏𝟎 𝟏𝟐𝟏 = ∑ F/t x ∆tMicroorganismo de referencia: Clostridium botulinum 99 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS En función de la intensidad del tratamiento térmico que se aplique a los productos cárnicos pueden distinguirse 4 tipos de conservas. Los tres primeros son estables y seguros si se almacenan en refrigeración. El otro puede almacenarse sin refrigeración en función de la temperatura ambiente del lugar donde se fabrique y del destino del producto. 100 Denominación tiempo de almacenamiento Temperatura Flora que se elimina Grupo I Semiconservas 6 meses a aprox. 5 ° C 65 – 75 ° C P = entre 40 y 60 microorganismos vegetativos Grupo II Conservas tres cuartos 1 año a t < 10 ° C F = 0,6 - 0,8 Temp. aplicada 105- 108 ° C + esporas de mesófilos Grupo III Conservas totales 4 años a 25 ° C F = 4 - 5,5 Temp. aplicada 117- 130 ° C + esporas de Clostridium spp Grupo IV Conserva tropical 1 año a 40 ° C F = 12-15 115-121 ° C + esporas de Clostridium spp termófilos CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS 101 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS 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< 0,97 102 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS Las semiconservas son calentadas a 65 – 75 °C, según las materias primas que se emplean, y este tratamiento es suficiente para inactivar la flora vegetativa, pero pueden sobrevivir las esporas psicrótrofas del Cl. botulinum tipo B y E, que germinan y crecen incluso por debajo de 10 °C, por lo que deben refrigerarse a temperaturas inferiores de 5 °C por un tiempo limitado. 103 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS Actualmente, con el empleo de buenas practicas de elaboración, envolturas impermeables al oxigeno, tratamientos térmicos incluso hasta 80 °C interior y el empleo de conservantes y aditivos en general que garanticen la estabilidad en el almacenamiento refrigerado, se pueden obtener durabilidades superiores a las descritas en el cuadro, que pueden llegar a superar el año. 104 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS Las conservas del tipo II, representan un compromiso entre la corta durabilidad sin refrigeración y el daño sensorial que representan las altas temperaturas de calentamiento, por lo que se trabaja a temperaturas entre 105 y 112 °C, obteniéndose un F entre 0.6 y 0.8 minutos. 105 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS Este tratamiento inactiva la flora vegetativa, las formas esporuladas psicrótrofas y las esporas mesófilas de bacilos, pero los Clostridium spp. mesófilos pueden sobrevivir. Como no se alcanza la cocción botulínica (F = 2.5) el género proteolítico del Cl. botulinum tipo A y B no se destruye, por lo que hay que conservar estos productos en refrigeración a menos de 10 °C. 106 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS En la práctica, estas conservas son frecuentemente almacenadas a temperatura ambiente (25 °C) por más de un año sin riesgos, lo que puede ser atribuido a los bajos conteos de esporas antes de la esterilización y a los obstáculos utilizados como nitrito y/o aw . En los grupos discutidos hasta aquí, se incluyen los productos que por razones sensoriales no pueden recibir tratamientos térmicos elevados y necesitan ser conservados en refrigeración para inhibir los microorganismos. 107 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS Por otro lado, las conservas de los grupos III y IV pueden almacenarse sin refrigeración y su conservación sólo depende del tratamiento térmico aplicado, jugando un papel secundario la aw, el pH y la adición de nitrito. El contenido inicial de bacterias antes del tratamiento térmico es, en estos productos, doblemente importante, contribuyendo a su estabilidad producto durante el almacenamiento y a la disminución de esporas resistentes al calor. 108 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS El factor que limita el almacenamiento de éstas conservas no es microbiológico, si no los cambios químicos llamados abióticos, que tienen lugar durante el almacenamiento prolongado a altas temperaturas. Las formas termófilas esporuladas pueden sobrevivir con este tratamiento en temperaturas entre 50 y 60 °C pero no por debajo de 40 °C, por lo que deben ser almacenados a temperaturas inferiores de esta última. 109 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS En las conservas tropicales (grupo IV), se inactiva todo tipo de microorganismo y están sujetas a rápidos y grandes cambios químicos, por lo que no deben almacenarse por períodos de tiempo superiores a 1 año; aunque, al igual que lo explicado para el caso de las semiconservas, ésta durabilidad puede extenderse a 2-3 años empleando aditivos conservantes. 110 CLASIFICACIÓN DE LAS CONSERVAS CÁRNICAS Existen otros tipos de productos fuera de esta clasificación donde la única barrera para la conservación es el calor y son conocidos como autoestables (SSP: Shelf – Stable – Products) Pueden ser almacenados sin refrigeración y su estabilidad sólo se logra por la aplicación de la “teoría de obstáculos”, o sea, la combinación de varios parámetros (F, aw, pH, T y preservantes) que aisladamente habría que aplicar en condiciones extremas. Utilizándolos en condiciones sub-óptimas para los microorganismos, constituyen una cadena de obstáculos en su desarrollo dentro del alimento, lográndose la estabilidad sin afectar su calidad organoléptica . 111 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION Para conocer la letalidad de un tratamiento es suficiente resolver las ecuaciones: 𝑷𝟏𝟎 𝟕𝟎 = ∑ p/t x ∆t 𝑭𝟏𝟎 𝟏𝟐𝟏 = ∑ f/t x ∆t Ya sea el proceso de pasterización o esterilización la solución de estas ecuaciones exigen el conocimiento de la evolución de la temperatura, en función del tiempo y del punto crítico del producto durante el tratamiento térmico. Es necesario además que los intervalos de tiempo entre mediciones sea siempre el mismo, siendo mas recomendable periodos cortos, entre 5 y 10 minutos para embutidos de pequeño calibre, que pueden ser mas espaciadas para productos gruesos y en moldes así como en los enlatados. 112 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION Existen tablas que brindan los valores f/t y p/t a diferentes temperaturas, lo que simplifica ampliamente el trabajo y convierte al método de Patashkin en el más empleado. A continuación se expondrán, mediante ejemplos, los cálculos para los dos tipos de proceso. 113 7 minutos – 90 ºC 7 minutos – 95 ºC Tiempo (min) Temperatura Σ Pi Tiempo (min) Temperatura Σ 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 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION Influencia de la temperatura de cocción Penetración de calor en embutido cocido en agua a diferentes temperaturas 114 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION Veamos ahora mediante otro ejemplo la influencia de la temperatura de proceso en embutidos de diferentes diámetros. En la Tabla se presenta un tratamiento térmico hasta 70 °C de temperatura interior en embutidos de 24, 60 y 120 mm de diámetro, del que se pueden hacer varios análisis. 115 Producto Máx. temperatura interna Valor de pasterización Tiempo Proceso Cocción Tiempo a temperatura hasta 50 ° C Perro caliente (Ø 24 cm) 70 P calentamiento P enfriamiento P Total 33,23 0,33 33,56 2h 10 min. 20 min. Salchichón (Ø 60 cm) 71 P calentamiento P enfriamiento P Total 29,37 14,37 43,74 3 h 50 min. Jamón (Ø 120 cm) 73 P calentamiento P enfriamientoP Total 30,01 22,00 52,01 4 h 30 min. 90 min. Influencia del diámetro del embutido y la temperatura interna Temperatura interior: 70 °C CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION 116 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION 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 más externas del embutido y en contacto con el medio de calentamiento, hacia el centro térmico del producto, que como ya se ha explicado se encuentra en el eje central de la pieza. 117 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION A medida que se incrementa el diámetro de la pieza, el punto de mayor retraso térmico se aleja más del medio de calentamiento y la penetración de calor se hace mas 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 éste más rápido que el jamón. 118 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION De igual modo, la temperatura interna comienza a descender también más rápidamente cuando comienza el atemperado o el duchado en las piezas de menor diámetro, lo que provoca que la acumulación de efectos letales f/t durante esta fase del proceso sea menor a menor diámetro. A medida que aumenta el diámetro, no son suficientes los Po obtenidos en la cocción pero se complementan con los obtenidos en el atemperado. 119 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION 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 incrementa cuando aumenta el calibre de la pieza. En la Figura se puede apreciar mas claramente la diferencia entre las curvas de penetración de calor. 120 TRATAMIENTO TÉRMICO EN FUNCIÓN DEL DIÁMETRO DEL PRODUCTO 121 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION 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: 𝑭𝟏𝟎 𝟏𝟐𝟏 = ∑ f/t x ∆t 122 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION 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 de F. Cuanto mas grande es el envase, menor F de calentamiento será necesario alcanzar en la esterilización. 123 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION Es imprescindible fijar las condiciones de enfriamiento, El enfriamiento mas rápido provocará 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. 124 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION Dentro de los productos cárnicos mas apetecidos se encuentran los patés 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. 125 Influencia del tiempo de proceso en función de la temperatura de proceso Tamaño de envase: 100 gramos Producto: Paté T inicial (°C) Fc Tiempo de proceso (minutos) F total Tiempo de enfriamiento (minutos) Temp Máxima alcanzada (°C) Temp de proceso (°C) 47,4 4,1 23,7 6,0 21,7 117,8 121 41,3 4,0 34,8 5,7 20,8 116,2 118 46,3 4,0 52,5 4,8 20,0 113,2 115 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE ESTERILIZACIÓN 126 Carne en su jugo 80/20 Tamaño de envases: 4 kilogramos Proceso: 63 minutos a 121 °C. T inicial (°C) Fc Tiempo de proceso (minutos) F total Tiempo de enfriami ento (minutos ) Temp Máxim a alcanza da (°C) Temp de proce so (°C) 75,5 6,0 63,5 12 42 118,3 121 127 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION Un ejemplo de la influencia del tamaño del envase se presenta anteriormente, 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 continuó elevándose en la etapa de enfriamiento hasta un valor de 12 para un proceso de 63 minutos a 121 °C. 128 CALCULO DEL VALOR LETAL DE UN TRATAMIENTO DE PASTERIZACION De manera general, cuando se definen tratamientos térmicos para nuevos productos o nuevos tamaños de envases, se deben confirmar 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 129 Cocción de dos cestos de mortadella en tacho Cocción de un cesto de mortadella en tacho Tiempo (minutos) Temperatura (° C) Fracciones letales Tiempo (minutos) Temperatur a (° 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 = 52,72 130 Tratamient o Máxima Temp. interna Tiempo cocción (minutos) Tiempo enfriamient o hasta 40 ° C Calor consumido (Kcal/t de producto) Po A Δt = 40°C y cocción a 95 ° C 71 270 2 h. 20 min 11 517 21,50 44,97 66,47 B Cocción a 80 °C 70 210 2 h. 20 min. 146 057 21,57 50,66 72,23 D Cocción escalonada Δt = 25°C 70 400. 2 h. 20 min. 141 662 31,74 38,73 70,47 E Cocción a 95 °C 72 150 2 h. 20 min. 180 285 21,90 51,40 73,30 INFLUENCIA DEL REGIMEN DE COCCION EN EL TIEMPO DE PROCESO 131 EL AHUMADO Del ahumado intenso inicial, hoy día se emplea de forma suave, debido a: La preferencia de los consumidores por sabores más suaves. El desarrollo de nuevas tecnologías de conservación. Factores toxicológicos: presencia de derivados polifenílicos, reconocidos cancerígenos. 132 Se sobreentiende que tiene que ser para tripas o envolturas que permitan la penetración del humo, o en piezas curadas que se deseen ahumar, Este ahumado puede ser a través de quemar: serrín fino, serrín grueso, trozos de madera ó con humo líquido atomizado dentro de la cámara Esta etapa se realiza con aire caliente-seco más humo. EL AHUMADO 133 GENERADOR AUTOMÁTICO DE HUMO 134 DIFERENTES GENERADORES DE HUMO Ahumadero Criollo de virutas de madera dura Generador automático de humo 135 EL HUMO Características. La madera. Fracciones del humo. Vapores y partículas: sistema coloidal. Métodos de generación. Condiciones de aplicación. Efectos del ahumado. 136 EL HUMO: CARACTERÍSTICAS Su producción se debe no a la combustión, sino a la pirólisis (del griego: descomposición por el calor) de la madera. La madera la conforman tres fracciones sólidas fundamentales: la celulosa, las hemicelulosas y la lignina. 137 LA CELULOSA Carbohidrato que por: Hidrólisis Glucosa Deshidratación β-glucosano Pirólisis Ácido acético y sus derivados, pero muy pocos furanos y fenoles 138 LAS HEMICELULOSAS Poco estables, se descomponen para dar furano y sus derivados y ácidos carboxílicos alifáticos En maderas duras, son más ricas en pentosanos y producen mayor cantidad de ácidos 139 LA LIGNINA De estructura compleja rica en anillos aromáticos. Produce abundantes fenoles y éteres fenólicos (guayacol y siringol). La fracción fenólica es rica en compuestosoxigenados del tipo de la vainillina y ácido vainillínico en función de la mayor o menor presencia de oxígeno durante la pirólisis. 140 FRACCIONES DEL HUMO Fracción fenólica Marcado efecto antioxidante. Aporta la nota característica de ahumado al producto. Definido efecto bacteriostático. Fracción carbonílica Aporta aroma y Aporta color de ahumado. 141 FRACCIONES DEL HUMO Fracción alcohólica La de menor importancia práctica por su escaso aporte a la calidad del producto. Fracción ácida Poca contribución al aroma. Débil efecto preservante. Coagulación superficial de proteínas. 142 FRACCIONES DEL HUMO Fracción de hidrocarburos Su interés radica en la posible presencia en el humo de hidrocarburos policíclicos, del tipo del benzo-α-pireno (reconocido carcinógeno). 143 VAPORES Y PARTÍCULAS El humo es un sistema coloidal: Fase dispersa: partículas líquidas y sólidas con diámetro promedio de 0,10 - 0,14 μm (condensado de la fase dispersante, reservorio de vapores). Fase dispersante: vapores, que desarrollan el papel fundamental en el proceso desde el punto de vista de aporte de fenoles. 144 VAPORES Y PARTÍCULAS A igualdad de otras condiciones, el efecto del ahumado, desde el punto de vista de aroma y sabor que aporta al producto, varía con la temperatura de aplicación, porque la composición de la fase vapor cambia al aumentar la temperatura, enriqueciéndose en los componentes menos volátiles. 145 GENERACIÓN DEL HUMO Es importante conocer que: El modo de generación tiene influencia decisiva en la composición. Una alta temperatura de combustión favorece la formación de hidrocarburos policíclicos. 350°C produce suficientes fenoles, pero no benzo-α-pireno. 146 APLICACIÓN DEL HUMO Temperatura: 85ºC Hr: 50 - 60 % Tiempo: 1 hora Esta fase de ahumado decide el desarrollo del color y el aroma del producto y permite pasar a la fase de cocción. 147 EFECTOS DEL AHUMADO Aporte de sabor y aroma. Reducción de la contaminación microbiana. Aporte de color. Protección contra el enranciamiento. 148 Influencia del tiempo de cocción en el tiempo de proceso 149 Tmáxima 71,00 Autómata 70,5 Termómetro 1 72,00 Termómetro 2 68,00 Termómetro 3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tiempo (min) T em p er at u ra ( °C ) Temp. Horno Autómata Termopar 1 Termopar 2 Termopar 3 DISTRIBUCION DE CALOR EN UNA CAMARA DE HORNO 150 Representación logarítmica de las curvas de calentamiento y enfriamiento 151 Evolución teórica de la temperatura en los productos según el mecanismo predominante de penetración de calor 152 Tiempos total de proceso de diferentes tratamientos 153 Cámara de vapor saturado 154 Tacho de cocción con agua 155 Marmitas de cocción 156 Hornos de fábricas artesanales españolas 157 Horno para tratamientos combinados 158 Sistema de circulación forzada de aire de los hornos para tratamientos combinados 159 Sistema completo de cámara de horno acoplado a un ahumadero de virutas 160 Cámaras de horno de varios carros 161 Cámara de horno 162 Curvas de tratamientos térmicos para diferentes productos 163 Batería de hornos 164 Equipos para horneo continuo 165 Interior de una cámara de horneo 166 Sistema usado en la producción de humo por ardido 167 Esquema del equipo productor de humo por fricción 168 Equipo productor de humo por fricción 169 Equipo generador de humo por fricción no acoplado a una cámara de horno 170 Esquema del equipo productor de humo por vapor 171 Esquema del equipo generador de humo por fluidización 172 Ahumadores 173 Productos para el ahumado (madera, virutas y humo líquido) 174 Esquema de la autoclave vertical 175 Esquema de autoclave horizontal 176 Controles de proceso en el autoclave 177 Autoclave con tanque para el calentamiento 178 Cestos para autoclaves 179 Agitación con movimiento tapa- fondo- tapa 180 Agitación del producto con movimiento axial 181 Detalles de un esterilizador por lluvia 182 Esterilizador 183 Sistema de transporte en un esterilizador hidrostático 184 MADURACIÓN Antes de llegar al pH final se producen cambios: Se recupera lentamente la extensibilidad de los músculos, Se presenta un proceso de ablandamiento paulatino, El pH comienza a incrementarse y de igual forma la CRA, Producción abundante de sustancias sápidas (el ATP ya se degradó a ácido inosínico potenciador del sabor), La blandura y el sabor mejoran sustancialmente, Tradicionalmente se logra a 0°C por 10 - 12 días. 185 QUÍMICA DEL CURADO Aspectos químicos y bioquímicos: Efecto de la sal común. Efecto del Nitrito y/o nitrato. Empleo de la sal de cura. 186 EFECTO DE LA SAL COMÚN Ingrediente básico esencial de la mezcla curante, Reduce el valor de aw, Efecto inhibidor ¨per se¨, Aumento de la CRA, Pero brinda un producto de aspecto pardo grisáceo (carne cocida). 187 Actividad de agua (aw) Es una medida del grado de disponibilidad del agua para su participación en todos los fenómenos químicos, bioquímicos y biológicos, incluidas las funciones metabólicas de los microorganismos. 188 Actividad de agua (aw) HRE aw = 100 HRE = Humedad Relativa de Equilibrio 189 Actividad de agua (aw) Depende de: La naturaleza del soluto La temperatura (en menor medida). 190 EL SOLUTO Los solutos iónicos, por disociarse en disolución acuosa, producen un mayor número de partículas que los no iónicos. Los solutos de menor peso molecular igualmente tienen mayor impacto por poseer un mayor número de moles (partículas) para una misma masa. 191 EL SOLUTO La intensidad de interacción de las partículas, a menor tamaño del ión mayor interacción. O sea: los solutos iónicos, los de menor peso molecular y mayor interacción proporcionan más bajo valor de actividad de agua. 192 MEDICIÓN Y ESTIMACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE AGUA Medición: Con equipos basados generalmente en la medición de la Humedad Relativa de Equilibrio. Estimación: La más exacta el Método de Krispien et. al. (Fleischwirtschaft, 1979, 59 (8): 1173 - 1177). Gráfica. 193 MÉTODO DE KRISPIEN Ecuación: aw = a0 + a1x + a2x 2 + a3x 3 + a4x 4 + a5x 5 + a6x 6 Donde: x = concentración de la salmuera. % NaCl [salmuera] = -------------------- ------- % NaCl + % H2O 194 VALORES DE LOS COEFICIENTES Coeficiente Valor a0 0,9916881 a1 1,94495 x 10 -3 a2 - 4,1682 x 10 -3 a3 8,79101 x 10 -4 a4 - 9,03101 x 10 -5 a5 4,27348 x 10 -6 a6 - 7,60873 x 10 -8 195 MÉTODO DE KRISPIEN Un incremento en el contenido de sal tiene un efecto mucho mayor que una variación equivalente en el contenido de agua. Precisión del % de sal: ± 0.1 % Precisión del % de humedad: ± 1 % 196 AUMENTO DE LA CRA El punto isoeléctrico se desplaza a un valor más bajo, al asociarse los iones Cl- con las proteínas, le aportan carga negativa, por lo que se requiere, mayor concentración de iones H+ , o sea un pH más bajo, para lograr la carga eléctrica nula (punto isoeléctrico). 197 AUMENTO DE LA CRA C R A pH Sin sal Con sal Cl- >H+ (Pto. Isoeléctrico) 198 NITRITO Y NITRATO Estabilizar el color del tejido magro, Contribuir a las características de sabor de la carne curada e, Inhibir el crecimiento de patógenos, particularmente del Clostridium botulinum. 199 reducción microorganismos NO3 - NO2- reducción NO + H2O NO + Mb Condiciones favorables NOMMb (óxido nítrico metamioglobina) NOMb NO-hemocromógeno (pigmento rosado estable al calor) NOMMb NOMb (oxido nitrico mioglobina) ESTABILIZACIÓN DEL COLOR 200 CONTRIBUCIÓN AL SABOR Criterios diversos entre autores, sobre la interferencia del ahumado. Los hábitos de consumo y las imágenes culturalmente adquiridas sobre los alimentos influyen notablemente en la percepción sensorial. Para loscubanos en general: La reacción del nitrito con la carne influye en el sabor a curado. El nivel de sal es muy importante, seleccionando la muestra salada, aún sin nitrito. El sabor a ahumado, enmascara el efecto del nitrito. 201 Nitrito: sal de cura Aunque moderadamente tóxico, se evita su uso en forma pura, y se añade a los productos diluido en sal. En Europa, la sal contiene de 0,5- 0,6 % de nitrito de sodio. Como a los productos se le añade alrededor de 1,5-2,0% de sal, esto representa una adición simultanea de entre 75 y 100 ppm. 202 Nitrito: sal de cura En Cuba, se utiliza como sal de cura, con un contenido de nitrito nominal de 8,0-8,5%, pero a menudo puede ser tan bajo como 6 %. La sal se emplea en los embutidos a un nivel aproximado de 0,1-0,25, con lo que, de respetarse el nivel nominal de contenido de nitrito en la sal de cura, se logra un nivel inicial de este aditivo en los 203 OTROS ADITIVOS EMPLEADOS Azúcar. Polifosfatos. Ascorbatos. Agentes saborizantes: Hidrolizados de proteína. Glutamato monosódico. Humos líquidos. 204 AZÚCAR Mejora del sabor (suaviza el aporte de la sal), No ejerce efecto preservante a las concentraciones usadas, Produce pardeamiento y sabores característicos durante la cocción por caramelización y reacciones de Maillard (entre sustancias con grupos carbonilos como los azucares reductores y las que tienen grupos amino, como las proteínas y aminoácidos). 205 POLIFOSFATOS Provocan reducción de las mermas por pérdidas de fluidos de la carne, Elevan el pH del medio alejándolo del punto isoeléctrico, reduciendo la interacción de las proteínas entre sí y, Cooperan a disociar el complejo actina-miosina, Por tanto: ¨aflojan¨ la red de proteínas miofibrilares y aumentan la CRA. 206 Son polímeros (policondensados) de los ácidos orto y metafosfóricos, sólo los alcalinos son efectivos. Los más usados son : • Pirofosfatos (el más efectivo, pero muy poco soluble), por lo que se emplean: • Tripolifosfato • Hexametafosfato Que se hidrolizan, hasta pirofosfato, agente activo en el aumento de la CRA. POLIFOSFATOS 207 POLIFOSFATOS O O O O O -O - P- O-P - O- -O -P- O-P -O- P-O- O- O- O- O- O- Pirofosfato Tripolifosfato 208 ASCORBATOS Son sales del ácido ascórbico y de su isómero óptico el ácido eritórbico, El primero tiene propiedades vitamínicas (Vitamina C), pero, Ambos tienen propiedades químicas idénticas, Por lo que su uso tecnológico es indistinto, Lo que significa una ventaja económica al emplear el ácido eritórbico. 209 ÁCIDO ASCÓRBICO OC COH COH HC O HOCH CH2OH 210 ASCORBATOS Aceleran el desarrollo del color y lo estabilizan una vez formado: Participando en la reducción de la metamioglobina a mioglobina, acelerando la velocidad del curado, Reaccionando con el nitrito, aumentando la producción de óxido nítrico a partir del ácido nitroso, y Actuando como antioxidantes, estabilizando el color y el sabor. 211 SABORIZANTES Surgen como una necesidad al incrementarse los rendimientos con la intención de reducir el contenido de carne en el producto. Hidrolizados de proteína. Glutamato monosódico. Humos líquidos 212 Hidrolizados de proteína • Ingredientes baratos, mezclas de péptidos y aminoácidos. • Según sea el porcentaje de adición, realizarán función de potenciadores o enaltecedores del sabor o aportando un cierto componente cárnico tratando de intensificar el aporte de la materia prima cárnica cuando está en una proporción reducida. • Se pueden emplear en un rango que puede ir desde 0,2 hasta 5 %. • Al aportar nitrógeno, pueden elevar el tenor aparente de proteína y ser fraudulentos. 213 Glutamato monosódico Su función es la de acentuar y mantener el sabor y aroma de una amplia variedad de alimentos frescos y procesados. Inhibe la oxidación de los productos cárnicos durante un almacenamiento prolongado. Es importante la dosificación usada ya que de la misma forma que refuerza el sabor del producto terminado, acentúa los sabores desagradables. En los productos cárnicos curados se emplea en dosis de 500 a 750 g/100L de salmuera de inyección. 214 Humo líquido Corregir las afectaciones en las características sensoriales que producen los ingredientes empleados y los elevados porcentajes de inyección: sabor y color Se emplea en los productos cárnicos no solo por razones de conveniencia tecnológica sino para reducir la concentración de benzo-- pireno (hidrocarburo policíclico carcinogénico). Tanto el humo líquido, como el humo natural retardan el desarrollo de la rancidez e inhiben el crecimiento de ciertos microorganismos. Las dosis empleadas oscilan desde 0,006 a 0,035 % según el tipo de producto y calidad de humo. 215 SELECCIÓN Y PREPARACIÓN DE LAS PIEZAS • Despiece de la banda. • Selección. • Limpieza (Eliminación de tejido conectivo y grasa). 216 Recepción de la materia prima cárnica 217 Piernas listas para el proceso de curado 218 Jamón pierna Paleta 219 Jamón pierna con hueso Jamón pierna sin hueso 220 Tocineta Lomo con hueso 221 TECNOLOGÍA DEL CURADO Curado: Definición. Métodos de curado: Curado seco. Curado húmedo e inyección. Comparación de los métodos. Desalado. 222 CURADO El curado es la fase en la que se aplica la mezcla de sustancias curantes a la carne, con el objetivo de lograr una distribución lo más uniforme posible de los ingredientes usados en toda la masa, en el menor tiempo posible. 223 CURADO Esta NECESIDAD de uniformar rápidamente la distribución, es la que rige todo modo de aplicación de las sales curantes, preparación previa y disposición de las piezas, tratamiento mecánico, etc., se ha introducido o estudiado en el empeño por mejorar la efectividad del proceso. 224 CURADO SECO DILEMA DEL TECNÓLOGO: Temperatura/Tiempo de Difusión/Deterioro Temperatura > 5ºC: Mayor Difusión, pero rápido Deterioro. Temperatura de 2ºC - 4ºC: Lenta difusión (10% de sal común en la superficie con 1% en el centro a los 18 días). 225 CURADO SECO: JAMONES SECOS CRUDOS Frotación: Mezcla de sal común, nitrato o nitrito y azúcar. Enterramiento en sal común (~ 2 días/kg.). Lavado y escurrido (colgado). Ecualización (30 - 45 días), donde ocurre maduración. Secado (6 a 8 meses). 226 Grasa subcutánea Penetración de sal Salida de agua Grasa intermuscular FROTACION Y ENTERRAMIENTO EFECTO DE LA GRASA 227 Salado - postsalado Secadero-bodega 0.90 – 0.92 0.95 – 0.98 0.85 – 0.90 0.90 – 0.94 228 CURADO SECO JAMÓN JUGOSO TIPO VIRGINIA Inyección de salmuera Sal común...........12,5 % Sal de curar........ 2,5 % Azúcar................. 2,5 % Tripolifosfato...... 2,5 % Agua.................... 80,0 % 229 CURADO SECO Frotación con sal de cura. Curado en nevera ~ 4 días a 2°C - 4°C. Desalado (aspersión). Horneado (Secado, Ahumado y Cocción). 230 CURADO HÚMEDO: INMERSIÓN e INYECCIÓN La inmersión sola, resulta útil en piezas pequeñas, debido a, La lenta velocidad de penetración de la cura, para piezas mayores, se Auxilia de la inyección. 231 Parte del agua de la carne Extraída Salmuera Salmuera Cloruro Difunde •Reducción de la aw •Asociación de iones cloruro a moléculas de proteína •Aumento de CRA Curado por inmersión de la carne en una salmuera Inicio Después 232 Inyección: Persigue distribuir de forma homogénea los aditivos entre las fibras musculares. Ejerce una función básica en el curado de las carnes y en la solubilización de las proteínas. De su efectividad dependen el tiempo de ecualización y masaje que deben aplicarse, si proceden. La inyección es una de las fases más importantes del proceso: 233 TIPOS DE INYECCIÓN Inyección manual intramuscular ¨a rocío¨. Inyección manual arterial. Inyección con multiagujas. Importante: Relación número de pinchazos, presión de inyección, tiempo de inyección, % de inyección/pesode la pieza. 234 INYECCIÓN INTRAMUSCULAR Y ARTERIAL Equipo a emplear: Bomba con sistema de filtro. Manómetro. Válvula manual con una o más agujas (intramuscular). Conexión de retorno. 235 INYECTADORA MANUAL DE SALMUERA. 236 Tipos de agujas utilizadas para la inyección: arterial e intramuscular “a rocío” y multiaguja 237 Inyección Intramuscular manual con dos agujas. 238 INYECCTORA INTRAMUSCULAR MANUAL CON TRES AGUJAS. 239 Inyección intramuscular o al “rocío” Se bombea la salmuera al interior de la carne utilizando agujas con múltiples aberturas. El operador hace entre 4 a 12 punciones para liberar la salmuera y de su habilidad depende la uniformidad de la distribución de la misma. Se inyecta en general entre el 8 y el 10% del peso de la pieza. En los jamones con hueso resulta difícil la distribución de la salmuera alrededor del hueso, pudiendo generar problemas de calidad. 240 Punciones: Se aplican de 4 a 12 puntos de inyección según la pieza y el tamaño de la misma: Pierna: 8 a 12 Lomo: 6 a 10 Tocineta: 8 a 12 241 Desventajas: Irregularidad en la distribución (depende mucho del operario). Mayores mermas en el proceso. El período de curado se alarga (mínimo de 3 a 4 días, tiempos menores dan lugar a defectos de curado, como manchas grisáceas típicas de productos asados). No se logran niveles de inyección superiores al 20% 242 RADIOGRAFÍA DE UN CORTE TRANSVERSAL DE UNA PIERNA SIN INYECTAR 243 CORTE A UNA PIEZA RECIÉN INYECTADA EN FORMA INTRAMUSCULAR MANUAL A ROCÍO 244 CORTE A UNA PIEZA INYECTADA EN FORMA INTRAMUSCULAR MANUAL, DESPUÉS DE 7 DÍAS DE CURADO 245 Inyección arterial: • Es un procedimiento empleado para jamón pierna, rara vez en paletas o lenguas. • Se realiza mediante la inserción de una aguja en la arteria femoral a través de la cual se difunde la salmuera. • La arteria deben estar en buenas condiciones en el momento del sacrificio y deshuesado para obtener buenos resultados. 246 Inyección arterial: • La presión de inyección ha de ser baja para evitar la ruptura de los vasos. • Se evita el daño mecánico de desgarramiento del tejido. • Inyección generalmente entre 8% y 10%, pero se puede alcanzar hasta un 25% y 30%. 247 Durante la inspección veterinaria, el despiece o el deshuese del cerdo se puede dañar o cortar la arteria. Rendimientos limitados (alrededor del 130%) Habilidades del operario (debe tener entrenamiento). Baja productividad. Desventajas: 248 Esquema de la incisión a la arteria femoral para insertar la aguja 249 250 INSTALACIÓN PARA LA INYECCIÓN ARTERIAL AUTOMÁTICA DE PIERNAS 251 252 CORTE A UNA PIEZA RECIÉN NYECTADA MANUALMENTE POR VÍA ARTERIAL 253 CORTE A UNA PIEZA INYECTADA ARTERIALMENTE, DESPUÉS DE 7 DÍAS DE CURADO 254 COMPARACION Recién inyectada A los 7 días A rocío Arterial Arterial 255 INYECCIÓN MULTIAGUJA Constituye una versión mejorada de la inyección a rocío. El número de agujas es variable. Relación importante: Presión de inyección/Velocidad de oscilación del cabezal/Velocidad de avance de la estera. Niveles de inyección ajustables entre 5 y 50 % del peso fresco de la pieza. 256 Permite una excelente distribución de la salmuera. Alta productividad, estabilidad en el nivel de inyección, por tanto en su calidad y composición. Los productos pueden ser horneados o cocidos una vez inyectados. VENTAJAS 257 Las inyectoras multiagujas pueden ser: De uno o de doble cabezal alternativo, mediante bomba de inyección hidráulica de doble efecto. Pueden aumentar a más del doble el número de puntos de inyección (30-35 agujas/cabezal). Se puede lograr hasta un total de 1400 puntos de inyección y una penetración de 15 mm por cada chorro de inyección o efecto de “spray” en microgotas que penetran dentro de la estructura de la carne sin dañar las fibras musculares. 258 INYECTORA MULTIAGUJA AUTOMÁTICA, DE DISEÑO TÍPICO Y DE PEQUEÑA CAPACIDAD 259 a a MULTIAGUJA DE ALTA PRESIÓN 260 INYECTORA MULTIAGUJA DE DOBLE CABEZAL 261 Radiografía del corte de una pierna de jamón inyectada con multiaguja hasta un incremento de peso del 19 % 262 Radiografía del corte de una pierna de jamón inyectada con multiaguja hasta un incremento de peso del 43 % 263 COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS DE INYECCIÓN Elemento Arterial Muscular Multiaguja Inversión Mínima Mínima Alta Nivel inyección 25 - 30% 10% 50% Distribución Buena Regular Excelente Tiempo curado 24 h 24-48 h Ninguno Mermas curado 2% 5 - 8 % Ninguna Rendimiento ~ 100% 85 - 90 % >100% 264 EFECTO DE OTROS FACTORES La irregularidad en la distribución impuesta por la penetración de la sal frotada en la superficie, se superpone, oscureciendo el efecto del tipo de inyección. Existe el efecto de la presencia de piel y de grasa, importantes barreras a la penetración de la sal frotada (20 veces más lento que en el músculo). Efecto de la presencia del hueso para el paso de las agujas. 265 COMPARACIÓN DE MÉTODOS OTROS FACTORES 1 2 3 5 6 7 8 9 10 11 12 4 266 COMPARACIÓN MÉTODOS OTROS FACTORES Distribución de sal (24 horas) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Porción % N a C l A rocío Arterial Multiaguja 267 COMPARACIÓN MÉTODOS OTROS FACTORES Relativamente poca diferencia en la homogeneidad (debido a la sal de frotación), pero mejor con multiaguja (7) y peor con rocío. Bajo contenido en 1, 4, 7 y 10 (piel y grasa). Altos en 3, 6, 9 y 12 (efecto de la frotación). 268 DESALADO Tradicionalmente se realizó por inmersión en tanques durante 4 horas y cambio de agua cada 2 horas. Pero: Esta ampliamente demostrado que el sistema no ejerce ninguna influencia superior al lavado por aspersión, mucho más rápido y económico. 269 PIERNA AHUMADA CON HUESO
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