UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE OCEANOGRAFÍA, PESQUERÍA, CIENCIAS ALIMENTARIAS Y ACUICULTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ALIMENTARIA
INFORME Nº9 PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
“
AUTORES:
”
Arenas Rodríguez, Rodríguez, Andrés Arturo. Arturo. Cárdenas Quijaite, Ingrid Yesenia. Céspedes Valenzuela, Gianfranco Antonio. Monge Echevarría, Brenda.
ASIGNATURA:
Ingeniería de los procesos alimentarios. alimentarios.
DOCENTE:
Mg. Víctor Terry Calderón.
FECHA:
20 de junio de 2017.
LABORATORIO:
Grupo día martes – Mesa 3.
2017
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
2017
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
Autores: Arenas Rodríguez, Andrés Arturo; Cárdenas Quijaite, Ingrid Yesenia; Céspedes Valenzuela, Gianfranco Antonio; Monge, Echevarría, Brenda.
RESUMEN
En el presente trabajo se determinó la curva de penetración de calor en un fluido alimenticio, para lo cual se utilizó néctar de durazno para la prueba. Este néctar fue sometido a un ensayo donde se preparó un baño maría a 96°C. Se determinó el punto más frio de la botella que contenía al néctar a pasteurizar, así como también la ubicación del termómetro en el punto más frio de la botella (3/4 partes, ½ parte y 1/3 parte de la botella). A diferentes tiempos de la pasteurización del néctar se pudo ir observando que a cada minuto de tiempo transcurrido su temperatura aumentaba, hasta mantener una temperatura constante sin importar la prolongación del tiempo. Esto debido a que a medida que el tratamiento era más prolongado se podía apreciar que la temperatura de pasteurización aumentaba. Se realizó el análisis de regresión y modelo para el ensayo, así como su grafica en papel milimetrado semilogarítmico. Se aplicó por medio de los tiempos y la temperatura la ecuación de Shultz – Olson.
Palabras claves: penetración de calor, fluidos, punto más frío, pasteurización.
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PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
2017
ABSTRACT
In the present work the heat penetration curve in a food fluid was determined, for which peach nectar was used for the test. This nectar was subjected to a test where a water bath was prepared at 96 ° C. The coldest point of the bottle containing the nectar to be pasteurized was determined, as well as the location of the thermometer at the coldest point of the bottle (3/4 part, ½ part and 1/3 part of the bottle). At different times of the pasteurization of the nectar it was possible to be observed that with each minute of elapsed time its temperature increased, until maintaining a constant temperature no matter the prolongation of the time. This was because, as the treatment was longer, it could be seen that the pasteurisation temperature increased. Regression analysis and model for the test were carried out, as well as its graph in graph paper, semilogarithmic. The equation of Shultz - Olson was applied by means of the times and the temperature.
Keywords: Penetration of heat, fluids, colder point, pasteurization.
3
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS I.
INTRODUCCIÓN:
entonces todos los otros puntos del
La penetración de calor en el tratamient o
térmico en alimentos envasados
herméticamente, es definida como
producto
un determinado punto del producto, en virtud de la influencia de la temperatura de los puntos vecinos del mismo. Esa es
resultante
de
la
transferencia de calor en el producto, que se procesa por el mecanismo de la convección.
alimenticio
recibirá
necesariamente un tratamiento térmico adecuado.
siendo el cambio de la temperatura en
penetración
2017
El
propósito
del
estudio
de
penetración de calor es determinar el comportamiento del néctar de durazno y su envase durante el calentamiento. Con el finalidad
de
establecer
matemáticamente el comportamiento de la temperatura el punto más friomediante la ecuación de Shultz y
La velocidad de penetración del calor en un alimento, influye en el tiempo de tratamiento y se define como
Olson.
II.
la cantidad de calor transferida por
OBJETIVO GENERAL:
Realizar
una
curva
de
unidad de tiempo. Las operaciones de
penetración de calor, en un
proceso
la
envase de vidrio conteniendo
pasteurización y la esterilización se
néctar de durazno. Temperatura
basan en la transferencia de calor
(T)=f (Tiempo (t)), realizando la
sensible.
gráfica y la tabla, hasta alcanzar
como
el
escaldado,
la temperatura de equilibrio Te. Para
la
evaluación
de
la
temperatura en todos los puntos del alimento
envasado
se
III.
OBJETIVO ESPECÍFICO:
opta
generalmente por calcular el impacto
Con la información dada del
del proceso utilizando la información
objetivo
relativa a un único punto en el alimento,
ecuación de Shultz y Olson
en el punto del alimento que tarda más
realizando la gráfica respectiva.
general
aplicar
la
tiempo en calentar (punto frío). Este modo
de
actuación
puede
ser
justificado por el siguiente aspecto: si el alimento
sufre
un
procesamiento
térmico suficientemente severo para reducir la población microbiana a niveles aceptables en el punto frio,
4
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS IV.
FUNDAMENTO:
transferencia de calor en alimentos
Uno de los principales problemas a solucionar es la determinación de las curvas de penetración de calor, para cada tipo de alimento que se exporte. Es decir se tendrá que determinar y presentar la curva TDT (Thermal Death Time) y su correspondiente Fo para cada producto. Uno de los problemas comúnmente
observados
en
las
líquidos, semilíquidos o mezclas de sólidos y líquidos, es el entendimiento de los fenómenos convectivos, de masa y calor, que se presentan dentro del producto y que afectan de manera importante la efectividad del proceso. El tratamiento térmico de un alimento depende de:
que fue procesado el alimento sea el considerando
que
cada
El pH del alimento
El estado físico del alimento.
MÈTODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
debido a las características químicas líquidos de cobertura.
V.
Existen transmisión
del
modos
calor.
de Pero
el que la temperatura del tratamiento
EL TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ALIMENTOS
térmico alcance instantáneamente a todos
puntos
del
producto,
luego
descender
otro
tanto.Sin
de
embargo, lo más frecuente es que la
alimentos a temperaturas altas es uno
temperatura de tratamiento no se
de los procesos más efectivos para la
logreinstantáneamente y no resulte
conservación de alimentos y es el más
homogénea en toda la masa del
ampliamente utilizado para atender la
producto. Por otro lado el mismo medio
creciente demanda de alimentos a nivel
de calentamiento (como agua o vapor
mundial.
de agua en el autoclave) necesita
Uno de los problemas fundamentales
uncierto tiempo para conseguir la
para
analizar
el
térmico
los
manteniéndose por un lapso de tiempo y
tratamiento
diferentes
teóricamente se habla del caso ideal en
MARCO TEÓRICO:
El
enzimas
La carga microbiana inicial que
producto es diferente uno del otro de ellos o a la utilización de diferentes
los
procesado
tienen como única similitud el tamaño garantiza que el tratamiento térmico al
y
de
contenga el alimento antes de su
iguales para diferentes alimentos que de sus envases. Sin embargo, ello no
termo-resistencia
presentes en el alimento
de alimentos es la aplicación de temperatura y tiempos de proceso
La
microrganismos
empresas dedicadas al procesamiento
apropiado
2017
fenómeno
de 5
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
2017
temperatura deseada. Como se sabe el método clásico (de NicolasAppert) presupone: •Introducción
del
producto
convenientemente preparado en un recipiente. •Cierre herméticamente del envase. •Tratamiento térmico del recipiente con
su contenido. •Enfriamiento.
Fig. 2. Curvas típicas de penetración de calor. a). Transmisión de calor por convección
con
agitación;
b)
Transmisión de calor por convección sin
agitación;
c)
Transmisión
de
calor por conducción.
LAS CURVAS DE PENETRACIÓN DE CALOR Fig. 1. Mecanismos básicos de la
En la industria de los alimentos
transmisión de calor en alimentos. a)
enlatados,
esterilizados
Conducción para alimentos sólidos.
pasteurizados,
los
b)
penetración
Convección
líquidos.
para
alimentos
de
calor
o
estudios se
de
realizan
mediante tres métodos principales que se indican:
El método de integración gráfica de Bigellow,
El método analítico de Ball, y
El método de Patashnik.
Las curvas de penetración del calor se denominan también como curvas TDT (Termal Death Time ), o “curvas
6
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
2017
tiempo – temperatura” o “curvas de
siempre que las temperaturas están
destrucción térmica” (Cheftel, 1980) , y
sobre el máximo para el crecimiento
para medir ciertas características enel
microbiano.
calentamiento de los alimentos pueden usarse termómetros; sin embargo, el método más satisfactorio involucra el uso de termopares, uno de sus extremo se conecta a un dispositivo de medición adecuado denominado potenciómetro. Actualmente
se
monitoreadores
están
utilizando
inalámbricos
VI.
METODOLOGÍA:
V.I. MATERIALES:
Probeta Olla con agua
de
temperatura denominados “tracers” que permiten evaluar la distribución térmica en un alimento. Los termopares pueden
V.II. EQUIPO:
Termostato
Termómetro
ser introducidos en el alimento, al interior de los envases de vidrio o de
V.III. MUESTRA:
las latas metálicas la conexión se realiza a la altura deseada al lado del cuerpo de la lata por medio de un acople en la posición y altura deseada.
Néctar de durazno (embotellado)
V.V. TOMA DE DATOS:
El punto de ubicación, dentro de la lata, se denomina “ puntotérmico” o “ punto
Muestra de néctar
frío”, es decir en punto en el interior del
alimento donde con mayor dificultad se
Color
Anaranjado
alcanzará
Olor
Sui generis
Temperatura
Ambiente (20 °C)
Procedencia
Tienda - Miraflores
Unidades utilizadas
1
la
temperatura
de
tratamiento. Las temperaturas son registradas cada minuto manualmente, o si se usa un potenciómetro registrador, los valores tiempo - temperatura serán graficados en papel semilogarítmico, lo que da una línea recta con desviaciones menores para la relación entre el tiempo y la temperatura. Cada intervalo tiempo – temperatura durante
el
calentamiento
y
el
enfriamiento de los recipientes, tiene un efecto letal sobre los microorganismos, 7
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
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V.VI. PROCEDIMIENTO: Determinación del punto más frio en
un néctar de durazno
Introducir la botella del néctar y el termómetro ubicado en el punto más frio en el baño maría ya a
Preparar un baño maría de 96°C.
100°C aproximadamente.
Tomar la temperatura inicial y cada minuto ir registrando la variación de las temperaturas. Construir una tabla que relacione el tiempo con la temperatura de del punto más frio y modelizar los datos con la ecuación de Shultz y Olson.
Fig. 2. Preparación del baño maría.
VII.
RESULTADOS:
TR= 96°C
Determinar el punto más frio en la
H: ¾ del envase= 11.03 cm
botella, conteniendo el néctar a
To= 20°C
pasteurizar. (3/4, ½, y 1/3 del tamaño del envase de vidrio) E introducir el termómetro a tales alturas.
t (min)
T
TR-T/TR-To
0
20
1.0000
1
44
0.6842
2
67
0.3816
3
77
0.2500
4
82
0.1842
5
85
0.1447
6
87
0.1184
7
89
0.0921
8
90
0.0789
9
91
0.0658
10
91
0.0658
Fig. 3. Determinación del punto más frío en el envase.
8
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS TR= 96°C
E1
H: ½ del envase= 14.7cm
t (min)
To= 20°C
t (min)
T
TR-T/TR-To
0
20
1.0000
1
27
0.9079
2
51
0.5921
3
65
0.4079
4
74
0.2895
5
80
0.2105
6
84
0.1579
7
87
0.1184
8
90
0.0789
9
91
0.0658
10
92
0.0526
E2
E2
TR-T/TR-To TR-T/TR-To TR-T/TR-To
1.0000 0.6842 0.3816 0.2500 0.1842 0.1447 0.1184 0.0921 0.0789 0.0658 0.0658
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2017
1.0000 0.9079 0.5921 0.4079 0.2895 0.2105 0.1579 0.1184 0.0789 0.0658 0.0526
1.0000 0.9868 0.9737 0.9211 0.8553 0.7368 0.6184 0.5526 0.5000 0.4474 0.3421
TR= 96°C H: 1/3 del envase= 4.9 cm
VIII.
To= 20°C
TR-T/TR-To
DISCUSIONES:
Según Brennan (1980): Define el
t (min)
T
0
20
1.0000
punto más frio como la región que
1
21
0.9868
normalmente
2
22
0.9737
calentarse, generalmente es el centro
3
26
0.9211
geométrico del envase o de la masa de
4
31
0.8553
producto. Es una región crítica porque
5
40
0.7368
es ahí donde hay más posibilidades de
6
49
0.6184
supervivencia de los microorganismos
7
54
0.5526
que contaminan el producto.
8
58
0.5000
9
62
0.4474
pudo determinar el punto más
10
70
0.3421
frio en un recipiente contenido
es
la
última
en
En la práctica elaborada se
9
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
2017
de néctar a una TR = 96 y To =
temperatura inicial que fue de
20
20°C y se observó que la temperatura del punto más frio
Según Rodrigo et al., (1980). Si el
del néctar iba aumentando
alimento a tratar es muy viscoso o
paulatinamente hasta que las
pastoso la transferencia de calor
temperaturas finales llegaban a
predominante será por conducción en
ser casi similares. Es importante
cambio si el alimento es un líquido fluido
la
trasferencia
mayoritariamente
se
de
conocer la evolución de la
calor
dará
temperatura
por
inicial
calentamiento, ya que este es el
convección.
punto que recibe un menor
Para
nuestro
ensayo
en
tratamiento térmico.
el
Así se
laboratorio, la penetración de calor
pudo hallar la ecuación de
se dio por convección ya que se
Shultz y Olson para realizar la
trataba de un néctar, el cual es un
determinación de la curva de
líquido de muy baja viscosidad, de
penetración en el néctar de
manera
durazno que se halló de modo
que
provocara
la
experimental.
circulación de la masa dentro del envase.
Según Hersom, (1995): Para productos
Según Barbosa-Cánovas, G e Ibarz
tales como sopas claras y hortalizas en
Ribas, A. (2005): En la curva de
salmuera, en los que el calor se
penetración de calor es importante
transmite
conocer
producto
convección, el punto frío se sitúa en un
envasado cuya temperatura es mínima,
punto situado en el eje lateral del bote,
es
en un punto situado en entre el centro
el
decir,
punto el
del
punto
de
menor
calentamiento. Ya que este punto es el que
recibe
un
menor
grado
que no se llegue a realizar un tratamiento adecuado. Por ello, es necesario
conocer
la
curva
de
penetración de calor en este punto, ya que da la variación de su temperatura con el tiempo de calentamiento.
por
geométrico y en el fondo.
de
tratamiento térmico, y en el que puede
primordialmente
En
la
práctica
pudimos
determinar el punto medio donde se encuentra el punto más frio adicionando volúmenes iguales de néctar en dos etapas para poder coincidir con ese punto más frio.
En el ensayo, en un primer momento
se
registró
la
10
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS
2017
Según Fellows (1994), indica que en
frio sometido al proceso de
los envases cilíndricos de aquellos
pasteurización.
alimentos
que
se
calientan
por
El proceso de pasteurización
convección, el punto más frío se
tiene una gran importancia para
encuentra situado en el eje geométrico
la obtención de un producto
longitudinal, a un tercio de su altura, la
que pueda tener un tiempo de
situación exacta de este punto varía de
vida útil prolongado, es por eso
acuerdo con el alimento y debe
que es necesario controlar la
determinarse experimentalmente.
temperatura del punto más frio
de los productos .
En nuestra experimentación con nuestras 3 muestras de néctar
El punto más frio depende de
calculamos el punto más frio,
las características y condiciones
esto
del producto, así como también
al
someterlo
a
una
las dimensiones del envase.
temperatura de calentamiento de 96ºC.
IX. VIII.
BIBLIOGRÁFICAS:
CONCLUSIONES: Se determinó el punto más frio del
envase
ensayos
en
mediante tres
(2005) Operaciones unitarias en la
aturas
ingeniería de los alimentos . Editorial
Mundi Prensa: España.
Los resultados mostraron que mediante transcurría el tiempo la temperatura iba aumentado hasta en los últimos minutos la temperatura del punto más frio se demoraba en subir hasta ser
Barbosa-Cánovas, G. e Ibarz Ribas, A.
tres
diferentes
REFERENCIAS
Bello Gutiérrez, J. (2000) Ciencia Bromatológica:
Principios
España. Board, R.G. (1998). Introducción a la microbiología
Se elaboró la gráfica de la
alimentos.
modelización del calentamiento
Zaragoza, España.
aplicando
la la
Shultz-olson,
pasteurización ecuación
de
verificando
el
los
Alimentos. Ediciones Díaz Santos:
casi constante.
durante
de
moderna
de
EditorialAcribia
los
S.A.,
Brennan, (1980) Las operaciones de la ingeniería de los alimentos . Ed:
Acribia. España
comportamiento del punto más
11
PENETRACIÓN DE CALOR EN FLUIDOS ALIMENTICIOS Ibarz
A.,
Barbosa
” Operaciones
G.,
unitarias
2017
2005, en
la
Ingeniería de Alimentos” , 1° edición,
Saragoza, España. Fellows, P. (1994). Tecnología del procesado de alimentos: Principios y prácticas. Zaragoza: Acribia.
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