DISEÑO DE PROCESOS TERMICOS EN CONSERVAS.pdf

procesos termicos

1. TRATAMIENTO TÉRMICO
DISEÑO Y CONTROL DE
PROCESOS TÉRMICOS
PARA PRODUCTOS EN
CONSERVAS

2. DISEÑO DE PROCESOS TÉRMICOS PARA LA
CONSERVACION DE PRODUCTOS PESQUEROS
Los diseños térmicos se realizan:
Con la finalidad de determinar la
eficacia térmica de un proceso
mediante estudios de distribución
y penetración de calor.

3. PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN
Y PENETRACIÓN DE CALOR
El propósito de los procesos térmicos
es la destrucción de microorganismos
que representan un peligro para la
salud del consumidor así como de
aquellos que puedan descomponer
un producto en condiciones normales
de almacenamiento sin refrigeración.

4. Clostridum botulinum
En la industria conservera el
objetivo principal de un proceso
térmico es la eliminación del
Clostridum botulinum que es una
bacteria resistente al calor y capaz
de producir una toxina mortal.

5. PRUEBAS DE
DISTRIBUCIÓN DE CALOR
AUTOCLAVES ESTACIONARIOS A VAPOR
Thermal Processes for Low-Acid Foods in Metal Containers
Bulletin 26-L, 13th edition, National Food Processors Association
Protocol for carrying out heat penetration studies
Institute for Themal Processing Specialists (IFTPS)
Temperature distribution protocol for processing in still, water immersion
retorts, including agitation systems operated in a still mode
Institute for Themal Processing Specialists (IFTPS)

6. Determinar las zonas frías o de
calentamiento mas lento en una
autoclave.
Comprobar la eliminación adecuada de
aire en una autoclave.
Verificar que durante el proceso tenga
temperaturas uniformes en cualquier
punto del autoclave (autoclaves que
operan con vapor saturado puro).
Las pruebas de Distribución de Calor
se realizan para:

7. EVALUACIÓN DE LAS AUTOCLAVES
Antes de realizar cualquier prueba se evaluará las
instalaciones de las autoclaves.
Características de la Producción de vapor
Caldero
Línea hacia sala de autoclaves
Manifold de sala de autoclaves, manómetro
Tuberías, válvulas, distribuidor, etc.
Por cada autoclave se deberá detallar lo siguiente:
Características de la autoclave
Tipo, marca, dimensiones, ...
Línea de vapor
Tuberías, válvulas, distribuidor, ...

10. EVALUACIÓN DE LAS AUTOCLAVES
Línea de remoción
Tuberías, válvulas, espitas, ...
Línea de agua
Tuberías, válvulas, distribuidor, ...
Línea de aire
Tuberías, válvulas, ...
Línea de drenaje
Tuberías, válvulas, rebose, ...
Instrumentos de control
Ubicación, características, calibración, …

12. EVALUACIÓN DE LAS AUTOCLAVES
Procedimiento de carga
Coches, condiciones de estibado, tiempo de
llenado del autoclave, uso de placas
separadoras, …

Otros
Válvula de seguridad, datos del compresor de
aire, filtros de aire, uso exclusivo del aire,
reservas de aire a presión, reservas de agua,
cloración del agua de enfriamiento, control del
tiempo, …

13. TUBO DISTRIBUIDOR
DE VAPOR

14. Espita a 30 cm
Remoción
Línea de Remoción

15. Ingreso de Vapor
Válvula Reguladora
de Vapor
Manifold

16. Válvula Reguladora
de Vapor
Termómetro
de mercurio
Válvula de Seguridad
Válvula Reguladora
de Vapor

18. Cada autoclave deberá ser estudiada.
Cualquier cambio en el sistema de
autoclaves deberá ser revisado por
un especialista en proceso térmicos
para verificar si los cambios
efectuados afectaron la eficacia del
sistema.
EVALUACIÓN DE LAS AUTOCLAVES

19. Deberán ser diseñados por
institutos o especialistas en
procesos térmicos.
Cuando varias autoclaves operan
en una misma instalación deberá
seleccionarse aquel que
represente el peor de los casos.
DISEÑO DE UN ESTUDIO DE
DISTRIBUCIÓN DE CALOR

20. Las autoclaves deberán llenarse
de la misma manera como si fuese
una producción comercial
(envases, carros, placas divisoras
en caso que se utilice) para
optimizar las condiciones de
distribución de calor en sus
operaciones
SELECCIÓN DEL
PRODUCTO Y ENVASE

21. Los sensores deberán estar distribuidos entre los
envases para monitorear la temperatura a través de
la autoclave.
Como mínimo un sensor deberá estar colocado
cerca al termómetro de mercurio, como referencia.
La ubicación y número de sensores deberá
determinarlo un especialista en procesos térmicos.
En autoclaves horizontales y verticales (vapor
saturado) la zona fría está generalmente localizada
a lo largo del eje central vertical de la canastilla
entre el centro y la base.
Los sensores no deberán formar canales artificiales
a través de los envases.
UBICACIÓN DE LAS TERMOCUPLAS

22. La ubicación de todos los sensores
serán documentados y se acompañará
con un gráfico con vista superior y
lateral de las canastillas indicando el
nivel en que se encuentran ubicados
los sensores y su posición.
El número de sensores deberán ser los
suficientes como para evaluar los
puntos propuestos en una autoclave
totalmente cargada.
UBICACIÓN DE LAS TERMOCUPLAS

23. UBICACIÓN DE LAS TERMOCUPLAS

24. Deberá aproximarse a la
temperatura más baja,
esperada durante una
producción normal.
TEMPERATURA DE LA AUTOCLAVE

25. Termocuplas y equipo registrador de temperatura.
Se utilizan:
Potenciómetros con varios canales o un
computador para la colección de datos.
 Termocuplas tipo T (cables) de cobre –
constantan. Calibre de las termocuplas entre
20 – 24.
La unión sensible de la termocuplas no debe
contactar con ningún objeto en la autoclave salvo
el flujo de vapor o medio de calentamiento.
DESCRIPCIÓN Y PREPARACIÓN DE LOS
EQUIPOS UTILIZADOS EN LAS PRUEBAS.

26. Calibración:
El equipo registrador de temperatura y los
cables deberán ser calibrados antes de
cualquier prueba.
Si existen diferencias significativas entre
termómetro patrón y las termocuplas deberá
investigarse la exactitud de estos últimos.
Cada sensor deberá ser marcado.
Cada canal del equipo registrador deberá
corresponder a un sensor en particular.
DESCRIPCIÓN Y PREPARACIÓN DE LOS
EQUIPO DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA

27. CALIBRACIÓN DE TERMOCUPLAS CON
TERMOMETRO DE MERCURIO

28. 1.Las pruebas de distribución de calor deberán ser
realizadas por personal calificado y entrenado.
2.Los envases deberán colocarse en las canastillas
de tal manera que representen el peor de los
casos en una producción normal.
3.Los tiempos y temperatura deberán registrarse a
intervalos de un minuto menos desde el
momento que ingresa el vapor o el medio de
calentamiento hasta aproximadamente 20
minutos después de alcanzar la temperatura del
autoclave.
CONDUCCIÓN DE LA PRUEBA

29. 4.Pueden realizarse pruebas usando información
de ensayos o experiencias anteriores para
eliminación de aire en autoclaves con vapor
saturado hasta alcanzar un proceso apropiado.
5.Si los datos registrados son adecuados, los
procedimientos de operación de las autoclaves
y las condiciones de las pruebas serán
consideradas como requisitos mínimos para
alcanzar una remoción adecuada de aire.
6.Una vez encontradas las condiciones de
operación satisfactoria deberá repetirse la
prueba una vez más como mínimo.
CONDUCCIÓN DE LA PRUEBA

30. Toda la información de las prueba de distribución de calor
deberán ser registradas y los factores críticos identificados.
Registros inadecuados pueden conducir a procesos incorrectos.
Se deberá documentar la siguiente información antes de empezar
las pruebas:
Fecha
Identificación de la prueba
Responsable de conducir la prueba
Tamaño y tipo de envase
Producto usado
Ubicación de las termocuplas
Presión de la línea de vapor.
Otras demandas de vapor al momento de la prueba (incluir el
número de autoclaves que se encuentran eliminado aire).
Otras informaciones relevantes.
DOCUMENTACIÓN DE LAS
PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN

31. Durante la prueba se deberá registrar:
Tiempo de ingreso de vapor( vapor, vapor –aire)
Tiempo y temperatura en que se cerró la válvula de
drenaje.
Tiempo en que se cierra la válvula de eliminación de
aire.
Temperatura a la cual se cerró la válvula de
eliminación de aire.
Tiempo de subida de temperatura.
 Periodo de lectura del termómetro de mercurio en
vidrio.
Tiempo en que se cierra la válvula de vapor.
Información sobre otros factores críticos.
DOCUMENTACIÓN DE LAS
PRUEBAS DE DISTRIBUCIÓN

32. Después que la pruebas han
finalizado, los carros serán
descargados cuidadosamente
para verificar la ubicación de las
termocuplas y comprobar si
permanecieron en sus
ubicaciones.
DOCUMENTACIÓN DE LAS PRUEBAS
DE DISTRIBUCIÓN DE CALOR

33. Deberá establecerse una relación entre el instrumento indicador de
temperatura (termómetro de mercurio) y las termocuplas ubicadas
entre los envases.
Los datos deberán presentarse en un formato que indique: tiempo,
temperatura de la termocupla, temperatura indicada por el
termómetro de mercurio y la diferencia entre la temperatura mas
baja de la termocupla y la indicada por el termómetro.
La termocupla que tiene la diferencia de temperatura más grande
con el termómetro indicador representa la zona fría del autoclave.
Los datos de distribución de calor son aceptables si la diferencia de
temperatura para la termocupla más fría es menos de 1.5º C, con
relación al termómetro de mercurio un minuto después de haber
terminado el periodo de subida de temperatura y menos de 0.5º C,
tres minutos después del periodo de subida de temperatura.
ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN

34. Ingreso



Vista lateral de la retorta N° 1







Esquema Nº 1: Posición de los sensores en el autoclave N° 1
Carro N° 3

Carro N° 2

Carro N° 1

9
1011
12
5
67
8
13
1415
16
1
A
A
2 3
9
1011
12
5
67
8
13
1415
16
1 Pruebas de Distribución de Calor

35. Curvas de Distribución de Calor 0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
°C
00:00 00:10 00:20 00:30 00:40 00:50

36. Curvas de Distribución de Calor 0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
°C
00:00 00:10 00:20 00:30 00:40 00:50

37. El desarrollo de los procesos térmicos requiere de
especialistas entrenados y capacitadas en pruebas de
penetración de calor con conocimiento de:
1.Resistencia térmica del microorganismo
problema.
2.Características de la penetración del calor en el
producto.
3.Características de distribución de calor en la
autoclave.
4.Experiencia para analizar datos y calcular
procesos térmicos.
PRUEBA DE PENETRACIÓN DE CALOR

38. Los estudios de penetración de calor
consisten en medir la temperatura en el
interior de los envases con el producto,
colocando un sensor de temperatura en cada
envase.
Se deberá localizar por medio de pruebas, la
zona de calentamiento mas lento o punto frío
de los envases.
Solamente datos provenientes de pruebas de
penetración de calor adecuadamente
diseñados y conducidos deberán utilizarse
para calcular procesos térmicos.
PRUEBA DE PENETRACIÓN DE CALOR

40. DISEÑO DE UN ESTUDIO DE
PENETRACIÓN DE CALOR
•El estudio deberá ser diseñado por especialistas en
procesos térmicos.
•Los diseños deberán efectuarse considerando las peores
condiciones que pueden encontrarse en producciones
comerciales
como por ejemplo:
1.Preparación del producto.
2.Ubicación de la termocupla
3.Llenado de los envases
4.Orientación de los envases
5.Temperatura inicial del producto
6.Temperatura del autoclave
7.Otros factores críticos

41. Es preferible la utilización de productos preparados
comercialmente. Si se efectúan en un laboratorio
deberán representar las peores condiciones que
podrían encontrarse en una producción normal.
Algunos factores que pueden afectar el grado de
calentamiento del producto:
-Viscosidad de la salsa.
-Tamaño de los trozos.
-Tendencia de las partículas a agruparse.
-Peso de llenado.
-Proporción de sólido a líquido.
-Espesor de los envases,
-Otros factores dependiendo del producto
PREPARACIÓN DEL PRODUCTO

43. UBICACIÓN DE LAS TERMOCUPLAS
Para productos con calentamiento por conducción, el punto frío
está localizado en centro geométrico del envase. En productos
calentados por convección, con los envases en orientación
vertical, la zona de calentamiento más lenta está en el tercio
inferior del envase a lo largo del eje vertical.
Las termocuplas son colocadas a través de los envases
analizados. Un mínimo de 10 envases, con la termocupla en el
punto de calentamiento más lento, deberá utilizarse por
prueba.
Dependiendo del resultado de las pruebas, evaluaciones
adicionales pueden ser necesarias.
Deberá confeccionarse un gráfico con la ubicación de las
termocuplas dentro de la autoclave, tanto en vista lateral como
superior. Estos gráficos formaran parte de la documentación de
la prueba de penetración de calor.

44. UBICACIÓN DE LAS TERMOCUPLAS



Ingreso





Vista lateral de la retorta N° 1








Esquema Nº 1: Posición de los sensores en el autoclave N° 1


2
A
A
4
121316 91011 5678
Tercer carro Segundo carro Primer carro
121316 91011 5678

45. Para monitorear la temperatura de grandes
partículas el sensor necesariamente deberá
estar dentro de ella.
En los trozos, las puntas sensibles de las
termocuplas deberán estar ubicadas en el
centro geométrico de la partícula.
Puede ser necesario asegurar las partículas al
sensor para prevenir movimientos durante el
procesamiento
UBICACIÓN DE LOS SENSORES DENTRO
DEL PRODUCTO

47. LLENADO DE LOS ENVASES
•Los envases deben llenarse de acuerdo a los
procedimientos comerciales. Si se realizan en el
laboratorio deben asemejarse a una producción común,
siempre asumiendo el peor de los casos.
•El peso llenado para pruebas de penetración pueden ser 5
- 10% por encima de lo utilizado en una producción
comercial.
•Procedimiento de llenado que puede afectar el grado de
los productos:
–Orientación del producto
–Peso envasado (líquido- sólido)
–Acomodo del producto (ordenado-desordenado)
–Otros factores que deberán ser identificados por un
especialista.

49. •Productos envasados en salmuera y procesados
en orientación horizontal puede calentarse de
una manera más lenta que un producto
procesado en posición vertical.
•Así mismo la posición del envase en los carros
del autoclave
•La carga (la cantidad de envases por carro)
también inciden en la velocidad de penetración
de calor, a mayor número de envases, la
velocidad es menor.
•El uso de placas divisorias también dificulta la
transferencia de calor en el carro.
ORIENTACIÓN DEL ENVASE

52. •La temperatura inicial será la más
cercana a la esperada en producciones
comerciales.
•Se considerará la temperatura del
contenido del envase más frío al
momento de empezar el proceso
térmico.
TEMPERATURA INICIAL DEL PRODUCTO

53. •Deberá utilizarse aquella
planificada para la
producción comercial.
TEMPERATURA DE LA AUTOCLAVE

54. •El equipo registrador de tiempo y temperatura consiste de
un potenciómetro de varios canales o computador
modificado para registrar información.
•Termocuplas de cobre-constantan (tipo T). Los cables
deberán ser de un calibre de 20 a 24 forrado con teflón.
•Durante las pruebas deberá evitarse el ingreso de
condensado o agua en los cables.
•Como mínimo un sensor de temperatura deberá ser
colocado cerca del termómetro de mercurio en vidrio para
registrar la temperatura del autoclave durante la prueba.
•Los cables deben instalarse a través del autoclave usando
una conexión especial.
EQUIPOS PARA REALIZAR PRUEBAS DE
PENETRACIÓN DE CALOR

57. CALIBRACION DE LOS EQUIPOS
•Los equipos registradores de tiempo
temperatura así como las termocuplas
deberán ser calibrados contra un estándar
de exactitud conocida.
•Cada sensor deberá marcarse y
corresponderá a un canal particular del
equipo registrador.
•Deberá mantenerse documentación de la
calibración de los equipos.

58. CONDUCCIÓN DE LAS PRUEBAS DE
PENETRACIÓN DE CALOR
•El personal que realiza pruebas de penetración de calor
deberá ser entrenado y experimentado.
•Antes de empezar las pruebas se evaluará el funcionamiento
de cada canal del equipo registrador.
•El equipo será activado al momento de ingreso de vapor o
otro medio de calentamiento. (cero minutos)..
• Los intervalos de tiempo , en que se registran los datos,
serán uniformes a través de toda la prueba.
• En algunas circunstancias puede requerirse el registro de
datos de enfriamiento.

59. DOCUMENTACION DE LAS EVALUACIONES
•Los registros son parte esencial de las pruebas de
penetración de calor.
•Documentación en formatos son medios para prevenir
errores en la recopilación de la información.
•Antes de las pruebas deberá registrarse:
–Fecha
–Responsable
–Tamaño y tipo del envase.
–Procedimiento de llenado
–Identificación del producto
–Pesos ( bruto y neto)
–Posiciones de las termocuplas
–Viscosidad de la cobertura y,
–Espesor del envase
–Otras informaciones que se consideren importantes.

60. •Durante las pruebas se registraran (autoclaves
con inmersión en agua):
–Tiempo de ingreso del medio de calentamiento.
–Tiempo de subida de temperatura.
–Temperatura del agua.
–Lecturas periódicas de las temperaturas
(termómetro de mercurio en vidrio).
–Tiempo de finalización del proceso.
–Tiempo y presión del enfriamiento cuando se
usen y,
–Otras informaciones consideradas críticas.
DOCUMENTACION DE LAS EVALUACIONES

61. •Una vez terminada la prueba deberá controlarse
el peso bruto, para evaluar posibles perdidas por
fugas.
•Se evaluará cada envase para verificar la
ubicación de los sensores dentro del producto.
•Después de la prueba deberá registrarse:
–Peso bruto
–Peso drenado
–Ubicación de la termocupla en el producto y,
–Otras informaciones que se consideran relevantes.

62. •Los datos solamente deberán ser analizados por un
especialista en procesos térmicos.
•Todos los datos de tiempo y temperatura de las
envases esterilizadas deberán analizarse.
•La termocupla de calentamiento más lento será
usado para el establecimiento de los procesos
térmicos.
• Registros precisos deberán mantenerse
describiendo la forma en que los datos fueron
analizados y como el proceso térmico fue
establecido.
ANALISIS DE LOS DATOS

63. Curvas de Penetración Calor 0
20
40
60
80
10 0
12 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tiem po (m in)
Temperatura (°C)
0
2
4
6
8
Fo (min)
Temperatura
en el Punto Frío
Temperatura de la Retorta

Valor Fo
Fo
16 = 5,936 min.
25 min x 116 °C (240,8 °F)
PRUEBA N° IV
Curva de Penetración de Calor
en Pota en Trozos en agua y sal
en 1 libra tall 15 oz 300 x 407 3P
con "necking"
Fo ( 121,1°C, z = 10,0 )

64. Curvas de Penetración Calor 0
40
80
12 0
16 0
200
240
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0 110 12 0 13 014 0 15 016 0
Tiem po (m in)
Temperatura (°F)
0
2
4
6
8
10
12
14
Fo (min)
Temperatura en
el Punto Frío
Fo ( 250,0°F, z = 18 )
Temperatura de la Retorta

Valor Fo
Fo
13 = 5,954 min.
130 min x 240°F (115,6°C)
PRUEBA N° III
Curva de Penetración de Calor
de Filete de Caballa en aceite
en RO-1000; 603 x 210; 3P

65. PROCESOS MÍNIMOS SEGUROS
SEGÚN Pflug:
PARA C. botulinum SE SUGIERE UN NIVEL DE
REDUCCIÓN IGUAL A 10
-12
.
PARA MICROORGANISMOS MESÓFILOS
ESPORULADOS NO PATÓGENOS 10
-6
.
PARA GÉRMENES TERMÓFILOS 10
-3
, SI EL
PRODUCTO ES ALMACENADO POR DEBAJO DE
30ºC Y 10
-6
, SI ES CONSERVADO A TEMPERATURAS
MAYORES.

66. VALORES “D” RECOMENDADOS PARA
CALCULAR F
O:
MICRORGANISMOS QUE REPRESENTAN UN
PELIGRO PARA LA SALUD
D
121.1= 0.2 min.
MESÓFILOS NO PATÓGENOS
D
121.1=0.5 min.
TERMÓFILOS NO PATÓGENOS
D
121.1=1.5 min.

67. VALORES DE F
O RECOMENDADOS :
PARA EVITAR RIESGOS CONTRA LA SALUD
F
O= 3 min.
PREVENCIÓN CONTRA ESPORAS MESÓFILAS
F
O= 5 – 7 min.
PREVENCIÓN CONTRA ESPORAS TERMÓFILAS:
ALMACENAMIENTO <30ºC ,F
O = 5 - 7min.
ALMACENAMIENTO >30ºC, F
O = 15 - 21 min.

68. TRATAMIENTO TÉRMICO PARA LAS
CONSERVAS
LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEBEN DAR UNA
PROBABILIDAD DE SUPERVIVENCIA DE ESPORAS DE
C.botulinum DE UN NIVEL TAN BAJO QUE NO CONSTITUYAN
UN RIESGO PARA LA SALUD DEL CONSUMIDOR.
LA PROBABILIDAD DE SUPERVIVENCIA DE UNA ESPORA DE
C.botulinum EN CUALQUIER ENVASE SOMETIDO AL CALOR
NO DEBE SER MAYOR DE 10
-12
.

EXPERIENCIA DEMUESTRA QUE UN TRATAMIENTO
EQUIVALENTE A DOCE REDUCCIONES DECIMALES (12 D ó
“botulinum cook”) EN LA POBLACIÓN DE ESPORAS DE
C.botulinum, ES SUFICIENTE PARA GARANTIZAR
SEGURIDAD.