CANNING

Microbiología Industrial

Autores: Pablo Weidmann - Emilio Tozzi

Seminario: Esterilización Comercial (Canning)

Introducción:

El nombre de esterilización comercial o canning designa los procesos en que se trata térmicamente un alimento para que no contenga microorganismos patógenos ni otros microorganismos o enzimas que puedan deteriorarlo durante las condiciones normales de almacenamiento en un recipiente hermético.

Se lo trata en forma tal que el alimento pueda conservarse por largo tiempo y mantenga gran parte de su valor nutritivo.

No se trata de una esterilización completa que destruye la totalidad de los microorganismos. En el canning pueden quedar algunos esporos termofílicos no patógenos que no germinarán por las condiciones en que se efectúa el almacenamiento.

El tratamiento térmico del producto puede hacerse antes o después del envasado. El primer método se utiliza para líquidos y consiste en tratar térmicamente el producto a alta temperatura y envasarlo asépticamente en un recipiente estéril. En el otro método se envasa el producto y el recipiente sellado es tratado con vapor a presión.

FUENTE DE LOS MICROORGANISMOS

-Suelo: Las materias primas tomadas del suelo (vegetales) deben ser adecuadamente lavadas con agua de buena calidad bacteriológica. Los m.o. más abundantes son las bacterias esporuladas Bacillus y Clostridium.

-Equipo: Es una fuente importante si las prácticas sanitarias y/o diseño son deficientes.

-Ingredientes: Generalmente están contaminados con bacterias esporuladas mesofílicas y termofílicas, y otros m.o. El azúcar y el almidón (ingredientes comunes) no suelen estar contaminados.

TIPOS DE ALIMENTOS Y SUS MICROORGANISMOS

Los alimentos pueden ser poco ácidos(4,5<pH<7), ácidos (3,7<pH<4,5) o muy ácidos (pH<3,7).

· Si son poco ácidos (carne, lácteos, hortalizas) requieren un tratamiento térmico relativamente severo porque a pH mayores de 4,5 desarrolla el Clostridium botulinum. También hay esporas de bacterias termofílicas (Bacillus setearothermophilus), pero no desarrollan a las temperaturas normales de almacenamiento.

· Los alimentos ácidos (durazno, peras, naranjas y tomates) pueden presentar bacterias acidúricas de baja resistencia térmica, y otras bacterias, levaduras y hongos. El Cl. botulinum no puede desarrollar. Unos pocos m.o. mesofílicos, anaerobios y esporulados pueden desarrollar (Clostridium pasteurianum), pero tienen baja resistencia térmica, (por eso se trata este tipo de alimentos a menor temperatura), excepto el Bacillus termoacidurans, que causa la descomposición ácida del jugo de tomate.

· Los muy ácidos (encurtidos y fermentados, mermeladas) pueden ser atacados por bacterias acidúricas, levaduras y hongos, pero generalmente tienen baja resistencia al calor.

Los alimentos con pH menores a 4,5 ofrecen mayor seguridad aunque los hongos pueden consumir ácido durante el almacenamiento, aumentando el pH y creando condiciones para el desarrollo de los esporos del Cl. botulinum.

Resistencia térmica de los microorganismos presentes en los alimentos:

Métodos para determinar la resistencia térmica:

· Tubos de tiempo de muerte térmica: Se usan pequeños tubos de pyrex sellados que se calientan en un baño o autoclave especial. Luego se cultivan y se observa el desarrollo por ejemplo por cambio de pH o recuento. Es un método simple, adecuado para medios liquidos.

· Latas de TDT: Se utilizan en forma similar que los tubos pero son para materiales sólidos.

· Tanques: El producto líquido se coloca en un tanque calefaccionado con vapor del que a intervalos de tiempo regulares se extraen muestras que luego se incuban.

· Recipientes de vidrio: Se utilizan frascos sumergidos en un baño calefactor, provistos de agitador, termómetro y tubo para inoculación y toma de muestras.

Con estos métodos se obtienen valores de numero de microorganismos sobrevivientes en funcion del tiempo para diversas temperaturas, estos valores se corrigen por la demora en el calentamiento del medio.

Para caracterizar a la resistencia de los microorganismos o esporos se determinan los parámetros D y Z:

D: Tiempo de reducción decimal, es el tiempo en minutos necesario para destruir el 90% de los microorganismos a una dada temperatura. D = t / log (No/N)

N=Nro de microorganismos a tiempo t

No=nro inicial de microorganismos.

La esterilizacion sigue en general una cinetica de primer orden: dN/dt = - kN .

Integrando se obtiene: ln No/N=kt y log No/N = t/D

Por lo tanto la relacion con la constante cinetica es: D = 1/(k.log e)

Z: Variacion de temperatura necesaria para una variacion del 90% en D. Está relacionado con la energía de activación de la constante de velocidad de reacción.

Z= (T2-T1)/ log (D_T1 / D_T2 )

En el procesamiento se utiliza un valor F, que es el tiempo necesario para destruir una carga dada de microorganismos a una dada temperatura. Para C.botulinum el valor F que se adopta es de 12 D, se dice que el orden del proceso igual a 12. Significa que se acepta una supervivencia de un esporo en 10¹² , (por seguir una ley logaritmica en teoria no se pueden eliminar totalmente.) Para los anaerobios esporulados no patógenos, se adopta un valor F de 5 D.

Curva de tiempo de muerte térmica: Permite comparar diferentes condiciones tiempo/temperatura que producen la misma reduccion de microorganismos. Para obtenerla se grafica log F versus temperatura. En ella se ve que una misma esterilizacion puede lograrse a tiempos largos y temperaturas bajas o a cortos tiempos a mayor temperatura.

Factores que afectan la resistencia térmica

· Variabilidad de las diferentes cepas

· pH: Su disminución por debajo de 7 en general hace disminuir la resistencia témica, también los pH muy alcalinos. Para alimentos de bajo pH el tratamiento a efectuar es mas leve y la resistencia térmica debe medirse para cada alimento en particular.

· actividad acuosa: Si es baja aumenta la resistencia, puede bajarse por una alta concentración de azucar. La sal provoca un efecto protector en concentraciones del 2-4%, a mayores concentraciones su efecto es opuesto.

· presencia de grasas: protegen los esporos de la acción letal del vapor aumentando mucho la resistencia.

· medio de cultivo: Si es rico permite la germinacion de algunos esporos debilitados durante el tratamiento, en medios pobres permanecerían inactivados.

Microorganismos de prueba: Para pruebas de laboratorio y controles industriales se suelen utilizar cepas no patógenas como el PA 3679 (putrefactive anaerobe), cuyos esporos son de resistencia similar al Cl.sporogenes (D_250ºF=100 s) y superior a los de Cl.botulinum (D_250ºF = 6 - 12 s).

BOTULISMO

Es causado por el Clostridium botulinum. (bacilo Gram (+), esporulado y anaerobio estricto) que produce una toxina muy letal (muerte entre 6 y 12 horas), que es neurotóxica: causa parálisis muscular: caída del párpado superior, dificultades en la deglución, alteraciones en la visión y fallo respiratorio. Esta toxina es soluble en agua y se destruye durante 10 minutos a calor húmedo a 100ºC.

Los esporos se encuentran en el polvo, en los animales y principalmente en el suelo.

Por ser proteolítico y sacarolítico produce en el alimento un olor muy semejante al de carne descompuesta mezclada con ácido butírico. Es poco probable encontrar el m.o. con su toxina en alimentos no alterados notoriamente.

La gravedad de la intoxicación hace necesario un estricto control de la destrucción de este m.o.

DISEÑO

Para el diseño se necesita conocer: naturaleza del producto (sobre todo el pH), condiciones de almacenamiento, resistencia térmica de los m.o., esporos y enzimas, características de transferencia de calor del producto, del envase y medio de calentamiento, y la carga inicial de microorganismos.

TRANSFERENCIA DE CALOR

En la penetración del calor influyen los siguientes factores: coeficiente de transferencia de calor en el exterior (h_vapor), propiedades físicas y térmicas del producto (hi,etc), diferencia de temperatura entre el vapor el producto al inicio, tamaño del recipiente y mecanismo de transferencia de calor dentro del recipiente.

Dentro del recipiente el calor se puede transferir por conducción o por convección, o inicialmente por un mecanismo y luego por el otro:

-convección rápida: en jugos de fruta y hortalizas, sopas, frutas en trozos grandes, etc.

-convección rápida: en líquido libre con pequeños trozos de frutas, hortalizas o carne.

-calentamiento interrumpido (cambian de convección a conducción): alimentos con almidón o de los cuales el almidón es fácilmente lixiviado de los sólidos, como sopas, tallarines, hortalizas mezcladas.

-conducción: alimentos empacados sólidamente con alto contenido de agua no libre como crema espesa de maíz, puré de hortalizas, mermeladas, frutas en tajada, carne o pescado bien compactos

La penetración del calor se determina colocando termocuplas en el punto más frío del recipiente, que en los productos calentados por convección está sobre el eje vertical y cerca del fondo, y en los calentados por conducción está en el centro del eje vertical. Así se obtiene la curva temp. vs tiempo.

La agitación mejora la transferencia de calor. En los productos viscosos hay una agitación máxima por encima de la cual el producto dentro de la lata no pasa de un lugar a otro.

Métodos de cálculo del proceso:

Para calcular las temperaturas y tiempos del proceso existe un método denominado general, y otros métodos simplificados para casos particulares como el del nomograma y de la fórmula.

Método general:

Conocida la curva de temperatura en función del tiempo del punto frío del producto por cálculo o medición experimental, se calcula la función de letalidad en función del tiempo.

letalidad = (1/ F_250ºF ) . 10 ^{( T - 250 ºF ) / Z}

T=temperatura (medida en ºF en bibliografía) del punto frio a un dado tiempo

F y Z dependen del esporo mas resistente que se quiere destruir.

La integral de la letalidad en función del tiempo entre el tiempo cero y el tiempo final del procesamiento debe ser unitaria, esto indica que se logró destruir completamente el porcentaje de esporos previstos al definir el valor F.

Se hace una verificación del tiempo de procesado calculado con el objeto de asegurarse que está bien establecido. Para ello se hacen estudios sobre recipientes inoculados.

Se inoculan esporos sobre el punto frío de varias latas. La concentración de esporos inoculados es mayor que la contaminación natural. Se procesa cada lata a la misma temperatura calculada, pero cada una con distintos tiempos por encima y por debajo del tiempo calculado. Se incuban a la temperatura óptima del m.o. durante un tiempo. Los paquetes no descompuestos se subcultivan.

De estos estudios se deberá evidenciar el factor de seguridad afectado al tiempo calculado.

Optimización del proceso:

Si bien hay infinitas combinaciones de tiempo y temperatura que producen el mismo efecto de inactivación de microorganismos, esporos y enzimas, deben adoptarse condiciones que permitan retener la mejor calidad nutritiva y sensorial del producto.

El fundamento de esta optimización es la diferencia entre las constantes de velocidad de destrucción de los nutrientes y los microorganismos.

En general convienen tratamientos de corto tiempo y altas temperaturas. Para productos fluidos esto puede llevarse a cabo con los intercambiadores de calor utilizados en el envasado aséptico.

En caso de haber fosfatasas o lipasas de origen microbiano este tipo de tratamientos no es adecuado porque no las destruye y entonces se producirá el deterioro del alimento.

Otros factores que mejoran la calidad:

· Uso de variedades especiales del producto adecuadas para el enlatado.

· Mantenimiento de buenas condiciones sanitarias.

· Minimización del tiempo transcurrido entre la cosecha y el procesamiento.

· Logro de un buen sellado al vacío para minimizar el oxígeno residual, que con la oxidasa destruye el ácido ascórbico.

· Si se efectúa blanqueo con agua caliente o vapor para limpiar el producto y reducir su volumen conviene hacerlo a altas temperaturas y cortos tiempos.

.

NORMAS

En la elaboración de conservas de carne, por ejemplo, se exige el control estricto de:

· transporte del producto hasta la envasadora

· lavado de los envases con agua potable a 85ºC

· temperatura de envasado no menor a 60ºC

· remache perfecto

· la temperatura inicial es la media del contenido correspondiente a la lata más fría en el momento que empieza el proceso

· purgado correcto

· espacio libre (entre la sup. del alim. y la tapa de la lata) correcto para una buena agitación

· enfriamiento hasta una tempertura mínima de 37ºC para evitar la corrosión, y debe hacerse con agua potable

· secado en un recinto higiénico y sin corrientes forzadas de aire

Toda la producción debe ser incubada a 30ºC durante 15 días. Luego se tendrán en cuenta defectos críticos como latas hinchadas, latas confugas y latas con sonido timpánico, etc.

Se debe efectuar la prueba de la estufa incubando algunas latas en estufas a 37 y 55ºC, provistas de termógrafo, durante 5 días.

Para cada equipo se debe llevar un registro en el tiempo de: temperatura inicial, purgado, temperatura de proceso, hora de inicio y fin del proceso, presión de proceso, hora de inicio y fin del enfriamiento, cloro libre en el agua de enfriamiento, control de los remaches, control de incubación. De esta forma se tiene el historial total de las producciones para poder investigar cualquier reclamo.

Descripción de los procesos de canning.

Ejemplo típico de las diferentes etapas para el enlatado de un producto vegetal sólido.

Materia prima -> Pelado -> Limpieza-> Clasificación por tamaño->

->Blanqueo-> Clasificación por calidad-> Separación-> Envasado->

->Tratamiento térmico de los envases-> Enfriamiento-> Producto final

Ejemplo de etapas para el envasado aséptico de un producto líquido.

Materia prima -> Etapas de preparación -> Tratamiento térmico ->

-> Envasado aséptico -> Producto final

Equipos para el tratamiento térmico después de envasado.

Autoclave discontinuo:

Se usa para productos en latas o frascos de vidrio. Es adecuado para pequeñas empresas por su menor costo que los equipos continuos. Los recipientes se colocan en canastos que ingresan al autoclave, que puede ser vertical u horizontal. Durante el procesamiento con vapor se efectúa la purga de aire y se lleva un control de la temperatura, presión y el tiempo mediante registradores y termómetro de mercurio.

Para envases de vidrio se requiere un mecanismo de control sofisticado, ya que estos se procesan sumergidos en agua y la presión del autoclave se regula con el agregado de aire comprimido a fin de evitar el desprendimiento de las tapas.

Existen modelos de autoclave en que los canastos pueden girar, logrando una agitación del producto.

Pueden esterilizarse también paquetes flexibles, aprisionándolos en “racks” con chapas intermedias que dejan espacio al medio calefactor.

Equipos continuos:

Son mas costosos pero tienen la ventaja de una mayor rapidez y reducen los costos de energía y mano de obra. Son adecuados para grandes instalaciones.

Sistema hidrostático:

Las latas ingresan a presión atmosférica a un sistema de transporte en cuyo recorrido atraviesan una columna de agua y se precalientan, ingresan a una cámara de vapor a presión donde reciben el tratamiento térmico y luego atraviesan otra columna de agua y son enfriadas. La presión del compartimiento de vapor es compensada por las columnas de agua. Puede lograrse la agitación del producto mediante rotación de las latas. Estos equipos son altos y ocupan poco espacio de piso.

Sistemas de tanque:

Las latas ingresan continuamente mediante una válvula especial que las lleva desde la presión atmosférica hasta la presión de trabajo del esterilizador. Ingresan a un tanque con una pista helicoidal o una cinta, por la cual se desplazan y son calentadas por el vapor. La transferencia de calor se mejora por rotación. Luego salen a través de otra válvula. Se enfrían con agua dentro o fuera del tanque según el sistema.

Otros sistemas:

Para productos ácidos se utilizan baños de agua, ya que no requieren temperaturas muy altas.

Para ciertos vegetales en lata hay sistemas que utilizan directamente el calor proveniente de un quemador de gas.

También hay algunos que utilizan aire caliente como medio calefactor.

Equipos para tratamiento térmico antes del envasado: (Envasado aséptico de fluidos)

Consiste en tratar el producto mediante un intercambiador de calor, y envasarlo en un recipiente estéril en una atmósfera de vapor sobrecalentado (diluido con gases calientes si se quiere evitar un excesivo vacío). Los intercambiadores utilizados son los de placas, tubulares, de superficie rascada (éste posee mayor coeficiente de transferencia que los anteriores) o de inyección directa de vapor y flasheo.

ALTERACION DE LOS ALIMENTOS ENLATADOS

Puede deberse a grandes cargas iniciales de m.o., un inadecuado tiempo de procesado o a una contaminación posterior al tratamiento térmico.

Según las causas, las descomposiciones pueden ser:

-Descomposición ácida plana: hay producción de ácido y no de gas, generalmente por bacterias termofílicas y debido a una mala esterilización o latas agrietadas.

-Descomposición ácida y gas: hay producción de ácido y gas por bacterias mesófilas.

-Hinchazón química: es como resultado de la producción de gas (generalmente H₂) debido a la acción del contenido de la lata sobre el Sn , o debido a la liberación de CO₂ por la descomposición química de melazas, jarabes, extractos de malta, etc.

-Descomposición fotoquímica (por la luz): la luz cataliza reacciones que pueden causar blanqueo, ligeros malos sabores en el aceite, sabor azorrillado en la cerveza, destrucción de vitaminas y pérdida de ciertos nutrientes.

ENVASES

Pueden ser de distintos materiales:

-acero estañado (con 0,25 a 2% de Sn): Es el más usado. El Sn tiene cualidades protectoras para el alimento, aunque blanquea los colores de las frutas, por lo que suele recubrirse con barniz.

-vidrio: Es inerte, pero transparente (no impide el daño por la luz).

-aluminio.

-plástico.

-flexibles.Tienen la ventaja de ser livianos

INFLUENCIA DEL ENLATADO SOBRE LA CALIDAD

La aplicación de calor causa cambios en el color, sabor, textura y valor nutritivo de los alimentos. Estos efectos tratan de disminuirse usando cortos períodos de tiempo.

-Color: Alteración de los pigmentos y generación de productos coloreados (caramelización, encafeicimiento)

-Sabor y textura: Efecto sobre compuestos responsables del olor y el gusto. En forma opuesta, la carne es mejorada en sabor y queda más suave.

-Proteínas: Desnaturalización y pérdida de actividad enzimática.

-Grasa y aceite: Aceleración de la ranciedad oxidante y la hidrólisis enzimática, aunque las grasas son estables al calor húmedo en ausencia de O₂.

-Carbohidratos: Posible caramelización por el calor húmedo.

-Vitaminas:

` -solubles en H₂O: La tiamina es termolábil y su pérdida puede ser sustancial, excepto que el alimento sea ácido. La riboflavina es estable al calor pero sensible a la luz. El ác. ascórbico no es muy destruído por alta temp. durante poco tiempo si hay baja conc. de O₂., pero sí por baja temperatura durante largos tiempos. El Sn protege a la vitamina C.

-solubles en grasa: La vitamina A es relativamente estable al calor en ausencia de O₂, pero ocurren pérdidas apreciables en presencia de O₂. La vitamina D es moderadamente estable al calor y resistente a la oxidación, pero es muy inestable a ambos juntos. La vitamina E es estable al calor en ausencia de O₂, pero el calentamiento en presencia de O₂ casi la destruye totalmente.

El contenido nutritivo de los alimentos enlatados es comparable al de los alimentos crudos cocinados en el hogar. Casi no hay pérdidas de proteínas, grasas y carbohidratos. Son notables las pérdidas de vitaminas, que se

deterioran por exposición al aire, calor y agua caliente durante el procesamiento industrial o en el hogar durante la cocción

Una vez abiertos, los alimentos enlatados se descompondrán más rápidamente que los alimentos frescos. Los alimentos pigmentados pueden blanquearse en las latas abiertas y la corrosión de la cubierta de Sn es acelerada por el O₂ del aire.

IMPORTANCIA DE LOS ALIMENTOS ENLATADOS

Los alimentos enlatados mejoran la nutrición humana porque permiten el consumo de una mayor variedad y una dieta balanceada durante todo el año.

El enlatado es un invento que ha cambiado los hábitos de alimentación del mundo occidental.