Conservación - Departamento de Ciencias Biológicas

Nutrición y BromatologíaALTERACIONES Y METODOS DE CONSERVACIÓN DE ALIMENTOSTemarioRol del agua.Actividad acuosa y estabilidad de alimentos. Concepto de movilidad molecular.Transición vítrea. Principales reacción físicas, químicas y biológicas que conducen a laalteración de los alimentos. Tipos de reacción, componentes involucrados, efectosproducidos.Métodos físicos. Métodos de conservación térmicos.Deshidratación y concentración. Descripción del proceso. Variables involucradas.Transferencia de calor y materia. Almacenamiento en estado deshidrato. Efectos sobre lavida 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 vidamedia 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. Efectossobre los componentes de los alimentos. Métodos químicos. Fermentación, salado,ahumado, agregado de preservadores. Descripción de cada método. Efecto sobre lascaracterísticas del producto.Rol del aguaPreguntas1. Defina actividad acuosa en términos de presión parcial, humedad relativa deequilibro y relación molar. Indique las variables que afectan la actividad acuosa. ¿Quémétodos conoce para su determinación?, descríbalos. ¿Qué es una isoterma de sorción –desorción? ¿Cómo correlaciona la estabilidad de un alimento con la actividad acuosa?2. Detalle las principales vías de deterioro de un alimento. Indique las principalesreacciones endógenas que puede sufrir los hidratos de carbono, lípidos, proteínas yvitaminas que pueden conducir al deterioro de un alimento. Especifique las principalesreacciones enzimáticas que afectan la calidad de un alimento.3. Indique las principales reacciones físicas y químicas que conducen a la alteraciónde 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 unsistema binario agua-sacarosa, describa lo que ocurre en cada región del diagrama.¿Cómo determinaría la temperatura de transición vítrea de un compuesto?. ¿Cómocorrelación el concepto de transición vítrea con la estabilidad de un alimento?ProblemaUna industria desea elaborar un alimento a base de leche concentrada y manzanastrozadas deshidratadas. La leche se concentró mediante un tratamiento térmico a 110°C.Por otro lado las manzanas trozadas se deshidrataron en lecho fluidizado hasta uncontenido de humedad de 16 %. El contenido de agua de las manzanas frescas es 84 %.Se determinó la composición de la leche de partida, obteniéndose los siguientesresultados: hidratos de carbono 5 %; lípidos 2,8 %, proteínas 3% y cenizas: 0,5 %. Lamisma se concentró 2,5 veces. Tanto las materias primas como las muestras procesadasfueron almacenadas a 10 ºC.a) Qué conclusiones extrae de las figuras A a F?Facultad de Ciencias Exactas – UNLP Area Bioquímica y Control de Alimentos 1

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Nutrición y Bromatologíab) i.Cuáles serían las alteraciones a las que estarían expuestas la leche y las manzanas(materias primas), la leche concentrada y las manzanas deshidratadas?ii Cuál sería la alteración limitante para la conservación de cada uno de ellos? ¿Cómoconservaría este producto con el fin de aumentar su vida media?d) Si se modifica la temperatura de almacenamiento de las muestras la situación seríaequivalente a la discutida previamente? Justifique su respuesta.e) En esta segunda situación, a efectos de verificar la reacción limitante de la vida mediaen los cuatro alimentos antes mencionados, ¿Usted emplearía las mismas isotermas desorción? Justifique su respuesta.Métodos de conservación de alimentos.Preguntas1. Indique las variables que debe definir para deshidratar un alimento. Detalle losprocesos de transferencia de calor y materia que ocurren durante el proceso.2. Grafique la variación del contenido de agua del alimento durante el proceso dedeshidratación. ¿Cómo define la velocidad de secado? ¿Qué entiende por período develocidad 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 tipode reacciones que pueden sufrir los componentes mayoritarios de un alimento durante elproceso de deshidratación y posterior almacenamiento.4. Describa el proceso de liofilización. Qué cambios físicos y/o químicos sufre elalimento? Cuáles son sus ventajas y desventajas? En qué alimentos lo utilizaría?5. Indique en qué consisten y cuál es la finalidad de los tratamientos térmicos deesterilización, esterilización comercial, pasteurización y escaldado.6. 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 delos demás microorganismos?7. Describa los fundamentos teóricos y los gráficos que le permiten determinar losparámetros D, Z y F.¿Qué es el SV? ¿Qué entiende por procesos térmicos equivalentes?8. Detalle el tipo de reacciones que pueden sufrir los componentes mayoritarios deun alimento durante el proceso de pasteurización y esterilización.Problemas1. Se esterilizó un alimento que contenía esporos de Bacillus natto a 100°C. Con untratamiento térmico de 10 minutos a esta temperatura se llegó a un SV=5.DATOS: Esporos: Z=18°F Nutrientes: Z=32 °C; D 100 =100 m°C/100 = (°F – 32)/(212-32)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 condicionesde tiempo/temperatura elegiría para trabajar? Porqué?d) 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 bacteriay se obtuvieron las curvas que se muestran en la siguiente figura. De acuerdo a la mismaresponda: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 diferentestemperaturas?Facultad de Ciencias Exactas – UNLP Area Bioquímica y Control de Alimentos 3

Nutrición y Bromatología10 1% sobrevivientes10 210 010 -110 -210 -358°C45°C35°C10 -456°C10 -50 1 2 3 4 5tiempo (min)Tiempo (seg)3. Una empresa láctea ha recibido una partida de leche que desea utilizar en laelaboración de leche condensada. Los ensayos microbiológicos realizados revelaron unacarga inicial de bacterias totales de 10 5 UFC/ml.Se desea determinar si un tratamiento de esterilización de la leche fluída, previo a laconcentración, podría eliminar el microorganismo detectado y no alterar la calidadnutricional, fisicoquímica y organoléptica de la misma.a) Sabiendo que luego de 540 segundos a 100°C se reduce la carga microbiana a 10 -2UFC/ml, determine el valor de tiempo de reducción decimal (D) a esa temperatura.b) Se sabe además que a igual grado de reducción microbiana se obtuvieron lossiguientes datos de tiempo de tratamiento vs. temperatura (ver Figura). En base aestos datos determine el valor de z.1000010001001010,1210 220 230 240 250 260 270 280Temperatura (F)c) Se ha determinado que el D para lalisina a 100°C es de 3600 seg.Calcule la pérdida de lisina durante eltratamiento de la leche a 100°Cdurante 540 seg.d) Se realiza ahora un tratamiento a121°C. Calcule cuánto tiempo debepermanecer la leche a esatemperatura para lograr el mismo SVque en el punto a) (considerecalentamiento instantáneo).e) ¿Qué pérdida de lisina tendría en estesegundo tratamiento? z LISINA = 98 ºF.f) ¿Considera usted que podría alcanzar una reducción en el contenido demicroorganismos de esta partida de leche congelándola a alta velocidad deenfriamiento o tratándola con radiaciones ionizantes en lugar de someterla altratamiento térmico señalado? Justifique su respuesta para ambas alternativas.Facultad de Ciencias Exactas – UNLP Area Bioquímica y Control de Alimentos 4

Nutrición y Bromatología4. En la Figura se observan las curvas de efecto letal del calor para distintos tipos debacterias que pueden encontrarse habitualmente en leche cruda.a) De acuerdo con ellas, elija un par tiempo-temperatura adecuado para realizar elproceso de pasteurización y asegurar la eliminación de los principales patógenos de laleche.b) Calcule el valor de Z para el Mycobacterium tuberculosis (*).(*)5. Las leches pueden ser sometidas a distintos procesos para consumo: pasteurizadas,esterilizadas o deshidratadas. En todos los casos se busca optimizar la calidad del producto comoel de Ultra Alta Temperatura (UHT) que emplea una combinación de tiempo y temperatura tal quela destrucción de esporas resulte satisfactoria y al mismo tiempo el daño ocasionado a la lechepor el calor sea el mínimo posible.En la figura se observan las cinéticas de destrucción microbiana o reacciones de deterioroen función del tiempo de tratamiento y la temperatura. En base a estos datos, discuta las ventajasdel método UHT y el HTST respecto a la esterilización y pasteurización clásica en envase cerradorespectivamente.Facultad de Ciencias Exactas – UNLP Area Bioquímica y Control de Alimentos 5

Nutrición y Bromatología6. Para elaborar una conserva de duraznos se procedió a esterilizarlo luego deenlatarlos. El tratamiento térmico se realizó en autoclave a 121°C según se detalla acontinuación:Tiempo (min)Temperatura (°C)2 903 100? 1213 1002 90Calcule el tiempo que debe permanecer el producto a 121°C para obtener un SV=5(Datos: z=10°C, D 121°C =50 seg)Facultad de Ciencias Exactas – UNLP Area Bioquímica y Control de Alimentos 6

Nutrición y BromatologíaCONGELACIÓN Y REFRIGERACIÓNPreguntas1. Indique las variables que debe definir para congelar un alimento. Describa lasetapas de nucleación y crecimiento de cristales de hielo. ¿Cuál es la fuerza impulsora delproceso?. Grafique la variación de la temperatura de un alimento en función del tiempodurante el proceso de congelación, detalle que 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 yporqué?. Detalle el tipo de reacción que pueden sufrir los componentes de un alimentodurante las etapas de congelación, almacenamiento y descongelación.4. ¿Cuál es la base físicoquímica en la que se fundamenta el aumento de vida media deun alimento conservado por refrigeración?. ¿Qué entiende por daño por frío?Problema1. Un trozo de hígado (Ti=15°C) se congeló por contacto de una de sus caras con unaplaca metálica a –40°C. Con termocuplas ubicadas en el tejido a 0,5 y 20 cm de la placarefrigerante, puntos a y b respectivamente (Figura 1), se registraron las dos historiastérmicas mostradas en la Figura 2.a) Cuál es la curva correspondiente a la historia térmica del punto a y cuál la del puntob? Justifique.b) Explique qué ocurre en el trozo de hígado durante los períodos I, II, III y IV. Justifiquelas formas de ambas curvas.c) Cuál es la temperatura final de la carne? Cómo se encuentra el agua en dichoalimento?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 lamisma textura una vez descongeladas? En cuál de ellas habrá más exudado?f) Qué cambios o alteraciones podrían ocurrir si la carne congelada se almacena durantedos meses a –10°C con oscilaciones de ± 5°C?Métodos no térmicosPreguntas1. Describa el fundamento y finalidad de los siguientes métodos de conservación notérmicos; altas presiones, campos lumínicos pulsados, campos eléctricos pulsados ycampos magnéticos. ¿Qué variables afectan la muerte de los microorganismos que seencuentran presentes en los alimentos sometidos a dichos procesos? ¿Qué tipo dereacciones pueden sufrir los componentes de los alimentos sometidos a tales procesos?2. ¿Cuál es el fundamento de la irradiación de alimentos como método deconservación? ¿Qué tipo de procesos se pueden realizar mediante irradiación y uso deFacultad de Ciencias Exactas – UNLP Area Bioquímica y Control de Alimentos 7

Nutrición y Bromatologíaultrasonido?3. ¿Qué diferencias existen entre una atmósfera controlada y una modificada? ¿Quétipo de gases utiliza para modificar la atmósfera? ¿Porqué la modificación de laatmósfera incrementa la vida útil de ciertos alimentos?.4. ¿Qué entiende por métodos combinados o de barrera? ¿Qué ventajas poseenrespecto 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 dealimentos? ¿Cuál es el fundamento de su acción? ¿Bajo que condiciones se emplean yque tipo de microorganismos afectan?Problemas1. Se han obtenido las curvas de supervivencia a alta presión (200 MPa), realizado a65°C, de esporos de cinco bacterias distintas en función del tiempo de tratamiento (verFigura).a) Calcule los valores de D para cada espora microbiana evaluada. En base a estosresultados, discuta qué esporas son las más sensibles a este tratamiento.b) De estudios previos realizados con los mismos esporos bacterianos se tienen losvalores de D para tratamientos térmicos (95°C) y para tratamiento con CO 2 a 35°C y 30MPa (Tabla). Compare todos los resultados y determine que tratamiento es el másadecuado para cada espora microbiana.Log relación sobrevivientesTiempo de tratamiento (min)Curvas de supervivencia de esporosbacterianos después de tratamiento apresión 200 MPa a 65°C: ▲Geobacillusstearothermophilus; • Bacillus coagulans;∎ Bacillus licheniformis; ⃝ Bacillus cereus;Δ Bacillus subtilisMicroorganismo Tratamiento D (min)G. stearothermpphilus 95° C ∞CO 2 385.0B. subtilis 95° C 19.0CO 2 1667.0B. coagulans 95° C 9.5CO 2 164.0B. cereus 95° C 8.5CO 2 133.0B. licheniformis 95° C 7.9CO 2 182.0Facultad de Ciencias Exactas – UNLP Area Bioquímica y Control de Alimentos 8

Nutrición y Bromatología2. Se irradió un preparado de proteínas de pescado con Co 60 a bajas dosis. El preparadopresentaba un recuento inicial de 5x10 4 UFC/mg. Mediante el tratamiento se obtuvo lasiguiente curva de muerte microbiana:A partir de esta curva calcule:a) La radiación que reduce el 90% de losmicroorganismos, D.b) La “dosis mínima de radiación”, MID,requerida para obtener una contaminaciónprobable de 10 -6 UFC/mg. Porqué se habla de“contaminación probable”?c) Qué alteraciones puede sufrir dichoalimento?Bibliografía*Introducción a la bioquímica y tecnología de alimentos. Vol I y II Cheftel J.C. y CheftelH. Editorial Acribia 1976.Facultad de Ciencias Exactas – UNLP Area Bioquímica y Control de Alimentos 9