Modelado de la transferencia de calor en alimentos particulados en medio liquido, envasados en frascos de vidrio

LESPINARD, A. R.; SALGADO, P. R.; ROCHE, L. A.; MASCHERONI, R. H.

Rosario

Workshop; Workshop on mathematical modelling of energy and mass transfer processes and applications; 2005

La esterilización es un proceso que se utiliza ampliamente para preservar alimentos; sin embargo, siempre se le ha dado gran importancia a los sistemas envasados en latas y recipientes plásticos y al procesamiento aséptico fuera de contenedores (en forma continua), pero casi ninguna al procesamiento de alimentos en recipientes de vidrio (Holdsworth, 1997). En bibliografía se encuentran pocas referencias sobre el tema. Bimbenet y Michiels en 1974 presentaron una teoría inicial de la transferencia de calor en estos sistemas (recipiente de vidrio + productos en medio líquido). Existen algunos trabajos posteriores que han simulado casos particulares (Akterian y Fikiin, 1994; Akterian, 1995; Abril y col., 1998; Marquéz y col., 1997, 2001, 2002, 2003). El objetivo de este trabajo fue obtener un método de cálculo sencillo que permita predecir la evolución térmica de alimentos particulados en recipientes de vidrio, expuestos a temperatura externa variable (condiciones de procesamiento a pequeña escala), durante su esterilización, y relacionarla con cinéticas de destrucción de microorganismos que posteriormente permitan optimizar los tiempos de procesamiento. Para esto se utilizaron frascos de vidrio comerciales de 360 cm3 (diámetro externo 0.069 m), estos se llenaron con cilindros de 0.01, 0.015 y 0.02 m de diámetro y 0.09 m de longitud, de polietileno de alta densidad, adoptado como material simulante. La cantidad de material colocado en cada frasco se calculó considerando una porosidad del 45% .Como líquido de cobertura se adicionó una solución de NaCl al 4% y ácido cítrico (3,7<pH< 4,5) hasta ocupar el 90% del volumen total del frasco. Se midió la temperatura del centro térmico del producto (previamente determinado), utilizando termocuplas tipo T cobre-constantan que atravezaban tapas metálicas perforadas en su centro. Se empleó sellador de alta temperatura para lograr condiciones de hermeticidad. El registro de las historias térmicas se obtuvo utilizando un adquisidor Digi-Sense de Cole Parmer Ind. Inc. modelo 8528-40. Las experiencias se realizaron, por triplicado, en autoclave comercial con capacidad para 9 frascos por nivel, contando la misma con tres niveles. Las historias térmicas obtenidas para la etapa de calentamiento se regresionaron en forma sigmoidal (modelo de Bolztmann)  y en forma exponencial utilizando el modelo de Olson y Jackson. Se calcularon las letalidades acumuladas a partir de las temperaturas medidas experimentalmente y las alcanzadas mediante los modelos previamente mencionados, selecionando como microorganismos de referencia a Clostridium pasteurianum (D120ºC=0.01 y z=10ºC), por ser el más resistente en productos ácidos (3,7<pH<4,5). En el modelo de Boltzmann el parámetro xo (min), da información del retardo del sistema y corresponde al tiempo que tarda el centro térmico en llegar una temperatura (A1+A2)/2 ºC. Este se podría relacionar con el parámetro j (retardo) que se obtiene del modelo exponencial. Ambos parámetros aumentan con la longitud característica; una  tendencia similar se observa con dx (min) y fh (min). Estos últimos se podrían relacionar con la velocidad de calentamiento del sistema. Se observó que el modelo exponencial simula satisfactoriamente la historia térmica del producto a tiempos largos y Tr constante, pero a tiempos cortos los apartamientos fueron considerables. Este modelo sería adecuado en el procesamiento de alimentos de baja acidez, donde se requieren tratamientos térmicos más severos. Mientras tanto, el modelo sigmoidal simula con muy buena aproximación tanto a tiempos de autoclavado cortos como largos, lo que permitiría utilizarlo para predecir la evolución térmica en conservas con distintos pH. En términos de letalidad, ambos modelos predicen valores similares, siendo menores   los obtenidos utilizando la historia térmica del producto, lo que resulta favorable desde el punto de vista de seguridad sanitaria.