PROCESOS TÉRMICOS EN LA FABRICACIÓN DE ALIMENTOS

PROCESOS TÉRMICOS – TRANSMISIÓN DE CALOR

La transferencia de calor puede efectuarse por tres mecanismos: radiación, conducción y convección. La radiación consiste en la transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas. La conducción es un tipo de transporte de calor que tiene lugar en los sólidos y que se produce por transmisión directa de la energía molecular. La convección consiste en la transferencia de calor por grupos de moléculas que se mueven por diferencia de densidad o por agitación. Sin embargo, no hay alimentos que se calienten puramente por convección o conducción. Aquellos que presentan una consistencia mayor, se calientan por conducción y en esos casos se considera que no hay movimientos en el interior del envase durante el calentamiento o el enfriamiento. Del mismo modo, para los que presentan una consistencia menor, las curvas de calentamiento están referidas a la de productos que se calientan por convección. Durante el calentamiento y el enfriamiento se considera que están en constante movimiento debido a las corrientes que se elevan por las diferencias de temperatura. 

En los alimentos que se calientan por conducción, debido a la falta de movimiento durante el calentamiento o el enfriamiento, se origina un gradiente de temperatura desde el centro geométrico hasta la pared del envase. Durante el calentamiento el gradiente es ascendente desde el centro hacia las paredes, mientras que en el enfriamiento el gradiente es descendente desde el centro geométrico hacia las paredes; por eso, el centro geométrico es designado como el punto de más lento calentamiento/enfriamiento. Debido al movimiento del producto, en aquéllos que se calientan por convección, la temperatura en todo el envase es aproximadamente uniforme durante los procesos de calentamiento y enfriamiento.

a) Calentamiento por conducción
b) Calentamiento por convección

PROCESOS TÉRMICOS – VELOCIDAD DE PENETRACIÓN DE CALOR

Los factores que influyen en la velocidad de penetración de calor son:

1. Tipo de producto: los productos líquidos en los que se establecen corrientes de convección se calienta más rápidamente que los alimentos sólidos en los que el calor se transmite por conducción.

2. Tamaño del envase: la penetración de calor hasta el centro del envase es más rápida en los envases de menor tamaño.

3. Agitación del envase: la velocidad de calentamiento se puede aumentar invirtiendo el envase y sometiéndolo a una agitación axial.

4. Temperatura del cocedero/autoclave: un mayor salto térmico entre el alimento y el medio calefactor hace que la penetración de calor sea más rápida.

5. Forma del envase: los envases más alto favorecen el calentamiento de aquellos alimentos en los que la transmisión de calor se produce esencialmente por convección.

6. Tipo de envase: la conductividad térmica de los materiales es muy distinta: la de envases metálicos es más elevada que la de envases de vidrio o plástico.

MÉTODOS DE CÁLCULO:

Principalmente, existen dos métodos para la determinación del parámetro de esterilización F₀, éstos son el Método General y el Método Matemático.
Los dos parámetros D y z se emplean directa o indirectamente en todos los métodos de evaluación de procesos térmicos.

El Método Matemático es complejo desde el punto de vista práctico. La curva de penetración de calor debe graficarse en un papel semilogarítmico y de ese gráfico se obtienen distintos parámetros los cuales se reemplazan en una serie de ecuacio-nes para obtener el valor F₀.

Método General Original: este método fue desarrollado por Bigelow y colaboradores en el año 1920 y actualmente es sólo de interés histórico, aunque sirvió de base para el Método General Mejorado, el cual integra el área debajo de la curva de penetración de calor en escalas lineales.

ADQUISICIÓN DE DATOS – SENSOR

La salida de voltaje es linealmente proporcional a la temperatura en grados Centígrados. 

ADQUISICIÓN DE DATOS - INTRODUCCIÓN EN EL ENVASE

El sensor se coloca dentro de una vaina de teflón rígida por la cual pasa el cable que transmite la información al datalogger. La vaina posee en su exterior una arandela de siliconas para evitar fugas desde el interior del envase y un sistema de rosca que permite introducirla en la lata. La altura de esta rosca se gradúa, según la del envase, con una pieza de bronce que contiene un sistema O-ring.

ADQUISICIÓN DE DATOS – DATALOGGER

El ‘datalogger’ posee en el frente una tecla de encendido, una entrada para el cable del sensor, un led que cuando titila indica que el sistema se halla grabando información desde el interior del envase y un botón que permite el accionamiento manual para el comienzo de la lectura. En la parte posterior posee una entrada para el cable que permite la comunicación con un PC y una entrada para la corriente eléctrica que permite recargar la batería. El datalogger suele poseer una batería que le permite funcionar sin necesidad de conectarlo a la corriente eléctrica.

ADQUISICIÓN DE DATOS - EQUIPAMIENTO DE ESTERILIZACION - AUTOCLAVE y SALIDA DEL CABLE DEL SENSOR

PROCESAMIENTO DE DATOS – UBICACIÓN DEL SENSOR

La siguiente figura muestra la ubicación sondas en un proceso con 15 puntos de medición para la realización de curvas de penetración de calor en autoclaves. En la actualidad la FDA aconseja un número mínimo de 21 sondas.

La posición Nº 8 (marcada con otro color) fue la que originó la curva de más lento calentamiento. Ese resultado se explica debido a que las jaulas completas con los envases ofrecen una resistencia física al flujo de vapor hasta llegar al centro de la ubicada en la zona media de la autoclave. Contrariamente, las latas posicionadas en la parte superior de las jaulas fueron las que recibieron los valores más elevados de F₀. 

Punto crítico

PROCESAMIENTO DE DATOS – ECUACIONES

Ecuaciones utilizadas para el cálculo del valor de Fo de cada producto. La primera ecuación surge de reemplazos matemáticos de igualdades que se obtienen de la curva de supervivencia logarítmica (valor D). En la práctica, la integral se reemplaza por una suma de valores diferenciales (áreas de rectángulos diferenciales bajo la curva). El valor de t es el intervalo en el cual se dividió la curva de penetración de calor.