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ALTERACIONES Y MÉTODOS DE CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS Alteraciones Temario Rol del agua. Actividad acuosa y estabilidad de alimentos. Concepto de movilidad molecular. Transición vítrea. Principales reacción físicas, químicas y biológicas que conducen a la alteración de los alimentos. Tipos de reacción, componentes involucrados, efectos producidos. Preguntas 1. Defina actividad acuosa en términos de presión parcial, humedad relativa de equilibro. Indique las variables que afectan la actividad acuosa. ¿Qué métodos conoce para su determinación?, descríbalos. ¿Qué es una isoterma de adsorción- desorción? ¿Cómo correlaciona la estabilidad de un alimento con la actividad acuosa? 2. Detalle las principales vías de deterioro de un alimento. Indique las principales reacciones endógenas que puede sufrir los hidratos de carbono, lípidos, proteínas y vitaminas que pueden conducir al deterioro de un alimento. Especifique las principales reacciones enzimáticas que afectan la calidad de un alimento. 3. Indique las principales reacciones físicas y químicas que conducen a la alteración de un alimento inducidas por las variables de proceso o del medio. 4. ¿Qué efecto tiene el crecimiento microbiano sobre la calidad de un alimento? 5. Defina transición vítrea. Describa el diagrama de estado correspondiente a un sistema binario agua-sacarosa, describa lo que ocurre en cada región del diagrama. ¿Cómo determinaría la temperatura de transición vítrea de un compuesto? ¿Cómo correlación el concepto de transición vítrea con la estabilidad de un alimento? Problemas 1. Una industria desea elaborar un alimento a base de leche concentrada y manzanas trozadas deshidratadas. Se determinó la composición de la leche de partida, obteniéndose los siguientes resultados: hidratos de carbono 5%; lípidos 2,8%, proteínas 3% y cenizas 0,5%. La misma se concentró 2,5 veces mediante un tratamiento térmico a 110°C. Por otro lado las manzanas trozadas se deshidrataron en lecho fluidizado hasta un contenido de agua de 16%. El contenido de agua de las manzanas frescas es 84%. Tanto las materias primas como las muestras procesadas fueron almacenadas a 10ºC. a) ¿Qué conclusiones extrae de las Figuras A a la F? b) i) ¿Cuáles serían las alteraciones a las que estarían expuestas las materias primas (leche y manzanas), la leche concentrada y las manzanas deshidratadas? (Figuras G, H). ii) ¿Cuál sería la alteración limitante para la conservación de cada uno de ellos? ¿Cómo conservaría este producto con el fin de aumentar su vida media? c) Si se modifica la temperatura de almacenamiento de las muestras, ¿la situación sería equivalente a la discutida previamente? Justifique su respuesta. d) En esta segunda situación, a efectos de verificar la reacción limitante de la vida media en los cuatro alimentos antes mencionados, ¿Usted emplearía las mismas isotermas de sorción? Justifique su respuesta.

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Métodos de conservación de alimentos. Finalidad. Temario Métodos físicos. Métodos de conservación térmicos. Deshidratación y concentración. Descripción del proceso. Variables involucradas. Transferencia de calor y materia. Almacenamiento en estado deshidratado. Efectos sobre la vida media y calidad del producto. Pasteurización y esterilización. Descripción de cada proceso, variables que intervienen. Definición y determinación experimental de los parámetros D, Z y F. Efectos sobre la vida media y calidad del producto. Refrigeración. Congelación, almacenamiento en estado congelado y descongelación. Dehidrocongelación. Liofilización. Descripción de cada proceso, variables involucradas, etapas. Efectos sobre la vida media y calidad del producto. Métodos de conservación no – térmicos. Altas presiones, pulsos lumínicos, campos eléctricos pulsados, campos magnéticos, irradiación, ultrasonido. Atmósferas modificadas y controladas. Métodos combinados. Descripción de cada proceso. Efecto sobre el crecimiento de microorganismos. Efectos sobre los componentes de los alimentos. Métodos químicos. Fermentación, salado, ahumado, agregado de preservadores. Descripción de cada método. Efecto sobre las características del producto. PASTEURIZACIÓN Y ESTERILIZACIÓN 1. Indique en qué consisten y cuál es la finalidad de los tratamientos térmicos de esterilización, esterilización comercial, pasteurización y escaldado. 2. ¿Qué es el valor de esterilización (SV)? ¿Qué significado físico tiene este valor? ¿Porqué se utiliza un SV=12 para Clostridium botulinum y un SV=4-5 para la mayoría de los demás microorganismos?

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3. Describa los fundamentos teóricos y los gráficos que le permiten determinar los parámetros D, Z y F. ¿Qué es el SV? ¿Qué entiende por procesos térmicos equivalentes? 4. Detalle el tipo de reacciones que pueden sufrir los componentes mayoritarios de un alimento durante el proceso de pasteurización y esterilización. Problemas 1. Se esterilizó un alimento que contenía esporos de Bacillus natto a 100°C. Con un tratamiento térmico de 10 minutos a esta temperatura se llegó a un SV=5.

DATOS: Esporos: Z=18°F Nutrientes: Z=32°C; D100=100 m Conversión de temperaturas: FarenheintCelsius: °C/100 = (°F – 32)/(212-32) Conversión de diferencias de temperaturas: 100°C = 180°F a) ¿Cuál es el “tiempo de reducción decimal”? b) ¿Cuánto se redujo el contenido de nutrientes durante ese tratamiento? c) ¿Cuáles serían los resultados si el tratamiento se realiza a 121°C? ¿Qué condiciones de tiempo-temperatura elegiría para trabajar? ¿Por qué? d) Represente en un mismo gráfico las rectas de tratamientos térmicos equivalentes para la inactivación microbiana y las de pérdida de nutrientes, indicando el par tiempo-temperatura elegido. e) ¿Cómo determinaría experimentalmente el valor Z para un microorganismo dado? 2. Se ha estudiado el efecto que ejerce la temperatura sobre los esporos de una bacteria y se obtuvieron las curvas que se muestran en la siguiente Figura. De acuerdo a la misma responda: a) ¿Cuál es el valor de Z para el microorganismo utilizado en el estudio? b) ¿Cuál será el tiempo de esterilización para obtener un SV=6 a las diferentes temperaturas?

3. Se quiere encontrar las condiciones óptimas de tratamiento térmico (t-T) para pasteurizar un alimento logrando un SV=6 para el patógeno más resistente. Dispone de los siguientes datos: -Salmonella spp (D60°C= 0,98 min; Z=3,5°C). -Escherichia coli (D70°C= 1 s; Z=5,4°C). Indique claramente en un gráfico adecuado cuál/es serían el/los pares tiempo-

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temperatura que usted elegiría. 4. Se desea optimizar el tratamiento térmico a aplicar en la elaboración de conservas de filetes de salmón. Para ello, se envasan los filetes en latas y se aplican cuatro tratamientos térmicos diferentes de acuerdo a la siguiente Tabla, alcanzando en todos ellos el valor esterilizante SV=6.

Tratamientos térmicos aplicados en conservas de salmón

Dado que el pescado es una fuente de vitamina B1 (tiamina) y que ésta se destruye con relativa facilidad con el calor en medios no ácidos, se evalúa el contenido de la misma como parámetro para la optimización del tratamiento térmico. Para ello, se lleva a cabo su cuantificación mediante HPLC. En la siguiente Tabla se presenta el contenido de tiamina en la materia prima y en las conservas elaboradas a distintas temperaturas y tiempos de proceso.

Contenido de tiamina en muestras de salmón. Materia prima y conservas Muestra Tiamina (mg/100g)

Materia prima 0,0919 Conserva 1 0,0114 Conserva 2 0,0176 Conserva 3 0,0280 Conserva 4 0,0450

a) Calcule el Z para los microorganismos presentes en el salmón. b) Calcule el porcentaje de retención de tiamina para cada tratamiento. c) Represente en un mismo gráfico las rectas de tratamientos térmicos equivalentes para obtener un SV=6 y las correspondientes a la destrucción de tiamina para cada tratamiento sabiendo que el Z de la tiamina es 30°C. 5. En la Figura se observan las curvas de efecto letal del calor para distintos tipos de bacterias que pueden encontrarse habitualmente en leche cruda. a) Elija un par tiempo-temperatura adecuado para realizar el proceso de pasteurización y asegurar la eliminación de los principales patógenos de la leche. Justifique. b) Calcule el valor de Z para el Mycobacterium tuberculosis (bacilo de tuberculosis).

Conserva

Temperatura de proceso (°C)

Tiempo de proceso (min)

1 110 180 2 114 90 3 118 45 4 121 20

1

10

100

1000

10000

60 70 80 90Temperatura (ºC)

Tiem

po (s

)

Micrococos no patógenos

Bacilo de Tuberculosis

Bacterias Coliformes

Temperatura (ºC)

Tiem

po (s

)

Bacteria del Tifus

1

10

100

1000

10000

60 70 80 90Temperatura (ºC)

Tiem

po (s

)

Micrococos no patógenos

Bacilo de Tuberculosis

Bacterias Coliformes

Temperatura (ºC)

Tiem

po (s

)

Bacteria del Tifus

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6. Las leches pueden ser sometidas a distintos procesos para consumo: pasteurización, esterilización o deshidratación. En todos los casos se busca optimizar la calidad del producto, seleccionando pares t-T tales que la destrucción de microorganismos resulte satisfactoria y al mismo tiempo el daño ocasionado al producto por el calor sea el mínimo posible. En la Figura se observan las rectas de tratamientos térmicos equivalentes de destrucción de esporas microbianas y las de reacciones de deterioro en función de la temperatura y del tiempo de tratamiento. En base a estos datos, discuta las ventajas del método UHT y el HTST respecto a la esterilización comercial y a la pasteurización lenta, respectivamente.

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0,1

1

10

100

1000

10000

210 220 230 240 250 260 270 280

Temperatura (F)

Tiem

po (s

eg)

7. Para elaborar una conserva de duraznos se procedió a esterilizarlo luego de enlatarlos. El tratamiento térmico se realizó en autoclave a 121°C según se detalla a continuación:

Tiempo (min) Temperatura (°C) 2 90 3 100

¿? 121 4 100 3 90

Calcule el tiempo que debe permanecer el producto a 121°C para obtener un SV=5 Datos: Z =10°C, D121°C=50 s. 8. Una empresa láctea ha recibido una partida de leche que desea utilizar en la elaboración de leche condensada. Los ensayos microbiológicos realizados revelaron una carga inicial de bacterias totales de 105 UFC/ml. Se desea determinar si un tratamiento de esterilización de la leche fluida, previo a la concentración, podría eliminar el microorganismo detectado y no alterar la calidad nutricional, fisicoquímica y organoléptica de la misma. a) Sabiendo que luego de 540 segundos a 100°C se reduce la carga microbiana a 10-2

UFC/ml, determine el valor de tiempo de reducción decimal (D) a esa temperatura. b) Se obtuvieron además los siguientes datos de tiempo de tratamiento vs. temperatura

(ver Figura). En base a estos datos determine el valor de Z y el valor de esterilización (SV) que corresponde a estos tratamientos.

c) Se ha determinado que el D para la

lisina a 100°C es de 3600 s. Calcule la pérdida de lisina durante el tratamiento de la leche a 100°C durante 540 s.

d) Se realiza ahora un tratamiento a 121°C. Calcule cuánto tiempo debe permanecer la leche a esa temperatura para lograr el mismo SV que en el punto a) (considere calentamiento instantáneo).

e) ¿Qué pérdida de lisina tendría en este segundo tratamiento? ZLISINA = 98 ºF.

f) Represente en un mismo gráfico las rectas de tratamientos térmicos equivalentes de inactivación microbiana y las de pérdida de lisina, indicando el tratamiento que elegiría para realizar.

g) ¿Considera usted que podría alcanzar una reducción en el contenido de microorganismos de esta partida de leche congelándola a alta velocidad de enfriamiento o tratándola con radiaciones ionizantes en lugar de someterla al tratamiento térmico señalado? Justifique su respuesta para ambas alternativas.

DESHIDRATACIÓN Preguntas 1. Indique las variables que debe definir para deshidratar un alimento. Detalle los

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procesos de transferencia de calor y materia que ocurren durante el proceso. 2. Grafique la variación del contenido de agua del alimento durante el proceso de deshidratación. ¿Cómo define la velocidad de secado? ¿Qué entiende por período de velocidad constante y período de velocidad decreciente durante el proceso de secado? 3. Describa los procesos que se ponen en juego en la deshidratación. Detalle el tipo de reacciones que pueden sufrir los componentes mayoritarios de un alimento durante el proceso de deshidratación y posterior almacenamiento. 4. Describa el proceso de liofilización. ¿Qué cambios físicos y/o químicos sufre el alimento? ¿Cuáles son sus ventajas y desventajas? ¿En qué alimentos lo utilizaría? Problema Se quiere evaluar el efecto de la temperatura de secado sobre la calidad de muestras de papaya cortadas en cubitos de 10±1 mm de lado con una humedad inicial de 13,28±0,17 g agua/g materia seca. Las experiencias de secado se efectuaron a cinco temperaturas (40, 50, 60, 70 y 80ºC) y cada una se realizó por triplicado. Se utilizó un secador convectivo de bandejas, que posee un panel de control que monitorea la velocidad y temperatura del aire de secado así como, mediante una balanza, los cambios de masa de las muestras (Figuras 1 y 2). a) Describa las etapas del proceso de secado de un alimento y explique cuál es la fuerza impulsora del proceso. b) En base a la Figura 1, explique el efecto de la temperatura sobre el tiempo de secado. c) Explique y justifique la forma de las curvas de velocidad de secado (Figura 2). d) Grafique las curvas de secado y de velocidad de secado que obtendría en un producto con menor contenido de humedad respecto a las obtenidas para la papaya. Figura 1: Curvas de secado experimentales (contenido de agua vs. tiempo) de la papaya para las

cinco temperaturas de trabajo empleadas.

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Figura 2: Curvas de velocidades experimentales de secado vs. contenido de agua de la papaya

para las cinco temperaturas de trabajo empleadas. CONGELACIÓN Y REFRIGERACIÓN Preguntas 1. Indique las variables que debe definir para congelar un alimento. Describa las etapas de nucleación y crecimiento de cristales de hielo. ¿Cuál es la fuerza impulsora del proceso? Grafique la variación de la temperatura de un alimento en función del tiempo durante el proceso de congelación, detalle qué ocurre a lo largo de la curva. 2. ¿Cuáles son las mejores condiciones para almacenar un alimento congelado? 3. ¿En qué consiste el proceso de descongelación? ¿Qué variables debe controlar y por qué? Detalle el tipo de reacción que pueden sufrir los componentes de un alimento durante las etapas de congelación, almacenamiento y descongelación. 4. ¿Cuál es la base físicoquímica en la que se fundamenta el aumento de vida media de un alimento conservado por refrigeración? ¿Qué entiende por daño por frío? Problema Un trozo de hígado (Ti=25°C) se congeló por contacto de una de sus caras con una placa metálica a –40°C. Con termocuplas ubicadas en el tejido a 0,5 y 20 cm de la placa refrigerante, puntos a y b respectivamente (Figura 1), se registraron las dos historias térmicas mostradas en la Figura 2. a) ¿Cuál es la curva correspondiente a la historia térmica del punto a y cuál la del punto b? Justifique. b) Explique qué ocurre en el trozo de hígado durante los períodos I, II, III y IV. Justifique las formas de ambas curvas. c) ¿Cuál es la temperatura final de la carne? Cómo se encuentra el agua en dicho alimento? d) ¿Espera encontrar diferencias entre los puntos a y b en cuanto a la cantidad, tamaño, morfología y distribución de los cristales de hielo en el producto congelado? e) ¿Cree que ambas porciones de hígado (las cercanas a los puntos a y b) presentarán la misma textura una vez descongeladas? ¿En cuál de ellas habrá más exudado? f) ¿Qué cambios o alteraciones podrían ocurrir si la carne congelada se almacena durante dos meses a –10°C con oscilaciones de ± 5°C?

MÉTODOS NO TÉRMICOS

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Preguntas 1. Describa el fundamento y finalidad de los siguientes métodos de conservación no térmicos; altas presiones, campos lumínicos pulsados, campos eléctricos pulsados y campos magnéticos. ¿Qué variables afectan la muerte de los microorganismos que se encuentran presentes en los alimentos sometidos a dichos procesos? ¿Qué tipo de reacciones pueden sufrir los componentes de los alimentos sometidos a tales procesos? 2. ¿Cuál es el fundamento de la irradiación de alimentos como método de conservación? ¿Qué tipo de procesos se pueden realizar mediante irradiación y uso de ultrasonido? 3. ¿Qué diferencias existen entre una atmósfera controlada y una modificada? ¿Qué tipo de gases utiliza para modificar la atmósfera? ¿Por qué la modificación de la atmósfera incrementa la vida útil de ciertos alimentos? 4. ¿Qué entiende por métodos combinados o de barrera? ¿Qué ventajas poseen respecto a cada método en particular? 5. Describa el fundamento y usos de los siguientes métodos: salado, ahumado, fermentación. 6. ¿Qué conservadores químicos son los más empleados en la formulación de alimentos? ¿Cuál es el fundamento de su acción? ¿Bajo que condiciones se emplean y que tipo de microorganismos afectan? Problema Se irradió un preparado de proteínas de pescado con Co60 a bajas dosis. El preparado presentaba un recuento inicial de 5x104 UFC/mg. Mediante el tratamiento se obtuvo la siguiente curva de muerte microbiana:

A partir de esta curva calcule: a) La radiación que reduce el 90% de los microorganismos, D. b) La “dosis mínima de radiación”, MID, requerida para obtener una contaminación probable de 10-6 UFC/mg. ¿Por qué se habla de “contaminación probable”? c) ¿Qué alteraciones puede sufrir dicho alimento?

Bibliografía *Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos. Vol I y II Cheftel J.C. y Cheftel H. Editorial Acribia 1976. *Modificaciones de componentes de los alimentos: cambios químicos y bioquímicos por procesamiento y almacenamiento. Cecilia Elena Lupano. Editorial: Edulp, UNLP.

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