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El calor afecta a la población microbiana del alimento y actúa sobre todos sus componentes y propiedades físicas

Influencia de la velocidad de rotación durante la fase de esterilización en la calidad del tomate triturado

Barriobero J., Mir-Bel J. y López R. Centro de Innovación y Tecnología Alimentaria de La Rioja (CITA-La Rioja) jbarriobero@cita-larioja.es22/12/2010
Los tratamientos térmicos engloban todos los procedimientos en los que los alimentos se tratan por calor. Este afecta, como es sabido, a la población microbiana del alimento, pero actúa también sobre todos sus componentes (enzimas, proteínas vitaminas, gases, etc.) llegando a influir en sus propiedades físicas (color, firmeza, consistencia, viscosidad, etc.) Cada tratamiento térmico deberá ajustarse de forma que se consigan los resultados deseables y se minimicen los indeseables, por lo que es necesario un conocimiento detallado de la actuación del calor sobre los microorganismos, componentes y propiedades físicas, con el fin de poder optimizar el proceso para obtener los resultados buscados (Abril Requena, 2004).

La transmisión de calor se acelera mediante métodos de agitación que permiten reducir el tiempo de esterilización del producto. Durante la rotación, la burbuja de aire contenida en el espacio de cabeza se mueve a lo largo de la mezcla del alimento, viéndose este desplazamiento influenciado por la velocidad del giro y el tamaño de dicho hueco. A medida que se incrementa la velocidad de rotación disminuye el tiempo para que el contenido de la lata alcance la temperatura de tratamiento. Sin embargo, existe una velocidad límite, conocida como velocidad óptima de rotación, mas allá de la cual, no se produce una reducción mayor. Esto es debido a que la fuerza centrífuga induce condiciones estáticas sobre el alimento encerrado en la lata. Así, la agitación en el interior de la lata cesará cuando la fuerza gravitatoria se equilibre con la fuerza centrífuga. La velocidad máxima de giro está inversamente relacionada con el radio de rotación de la lata. Por tanto, para una medida de radio de 66 centímetros, la velocidad debería ser menor a 36,8 revoluciones por minuto. (Donald Holdsworth y Ricardo Simpson, 2008).

En el informe que se expone a continuación se trabajó con velocidades de autoclave muy por debajo de ese límite para asegurar que no se acerque, en ningún caso, al punto de equilibrio que supondría transformar virtualmente el experimento en un proceso estático.

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Fig. 1 Curvas de temperatura durante el tratamiento térmico utilizando diferentes velocidades de rotación (0, 3, 6, 12 y 16 rpm).
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Fig. 2 Análisis de componentes principales para las variables de textura estudiadas en tomate triturado (firmeza, consistencia, cohesividad y viscosidad).
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Fig. 3 Índice de viscosidad del tomate triturado utilizando diferentes velocidades de rotación (0, 3, 6, 12 y 16 rpm) * Letras diferentes indican diferencias estadísticamente significativas según el test de Fisher para un 95% de confianza.

Debido a que la actual industria alimentaria selecciona las condiciones del proceso de rotación basándose en la experiencia (Philip Richardson, 2004); el objetivo del presente trabajo ha sido por tanto, estudiar el efecto de la velocidad de giro de la cesta del autoclave sobre la transmisión de calor en el punto más crítico del interior del envase y sobre la calidad del producto final.

Materiales y métodos

1. Preparación de las muestras y esterilización.

Los ensayos se realizaron en la planta piloto del CITA-La Rioja utilizando un autoclave Surdry con la opción de rotación como medio de agitación. Se ha elegido como producto tomate triturado natural y se ensayaron diferentes velocidades de giro (0, 3, 6, 12 y 16 rpm) con 3 repeticiones cada una, con el objetivo de conseguir conclusiones fiables y repetibles. La receta de autoclave utilizada fue obtenida de un proceso industrial de esterilización real con el propósito de extrapolar los resultados directamente a la industria. En el cuadro siguiente aparece detallada:

FASEPRESIÓNTEMPERATURATIEMPO
Calentamiento2,8 bar121 ºC20 minutos
Mantenimiento2,8 bar121 ºC15 minutos
Enfriamiento0,2 bar30 ºC60 minutos

Para la realización de los ensayos se emplearon botes metálicos de 115 mm de alto y 65 mm de diámetro dejando 10 mm de espacio de cabeza. En cada prueba se emplearon 4 botes de los cuales 3 se guardaron al final de cada experimento para analizar sus propiedades físicas.

Previamente a la realización de los ensayos en rotación se realizaron 3 pruebas en estático para poder comparar el efecto esterilizador sin rotación con el correspondiente a las diferentes velocidades de giro.

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Tabla. 1 Efecto de esterilización (Fo) y de cocción (Co) utilizando diferentes velocidades de rotación (0, 3, 6, 12 y 16 rpm). * Letras diferentes indican diferencias estadísticamente significativas según el test de Fisher para un 95 % de confianza.
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Tabla. 2 Tabla de pesos de las componentes principales 
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Tabla. 3 Resumen estadístico para el índice de viscosidad.

2. Medida de la textura

Las medidas instrumentales se llevaron a cabo con un texturómetro TA-XT Plus (Stable Micro Systems, Goaldming, England) dotado de una célula de carga de 30 kg y otra de 5 kg. La sonda utilizada para cada uno de los ensayos fue una sonda cilíndrica de metraquilato de 45 mm de diámetro, suministrada por Stable Micro System (Goaldming, England). El texturómetro se configuró con los siguientes parámetros: velocidad pre-test, 1 mm/s; velocidad de test, 1 mm/s; fuerza, 10 gr; distancia, 50 mm.

3. Análisis estadístico

Se realizó empleando el programa Statgraphics Centurion, de la compañía Statpoint Technologies, INC.

Resultados y discusión

Con los resultados del presente trabajo, queda demostrada la importancia de la agitación en la transmisión de calor del tomate triturado durante su fase de esterilización, no sólo durante la fase de calentamiento, sino también durante la fase de enfriamiento.

Si estudiamos la Fig. 1, podemos ver las diferentes curvas de calentamiento del tomate triturado enlatado en su punto más frío, utilizando la misma receta de autoclave pero diferentes velocidades de rotación de la cesta. Se observa, con respecto al método estático, una mejora leve al utilizar 3 rpm, siendo esta mejora mucho más sustancial al duplicar la velocidad de rotación (6 rpm), consiguiendo aumentar la temperatura máxima en el centro del producto de 103 °C (Estático) a 110 °C (Rotación 6 rpm). Al seguir aumentando la velocidad, se consiguió mejorar la transmisión de calor y, por tanto, la temperatura máxima (119 °C con Rotación 12 rpm y 121 °C con 16 rpm).

La influencia de velocidad de rotación tiende a saturarse, alcanzando una velocidad en que no existe mejora en la transmisión de calor, pero en este trabajo no se alcanzó dicha velocidad.

Pero la mejor manera de comprobar el efecto del método de agitación sería estudiar el efecto de esterilización (Fo) y el efecto de cocción (Co), como aparece en la Tabla 1. Se observa un gran aumento del efecto de esterilización y cocción al aumentar la velocidad de rotación, consiguiendo aumentar la Fo de 0,33 en Estático a 12,77 en Rotación 16 r.p.m., lo cual implica una elevadísima reducción del tiempo de tratamiento utilizando la rotación para conseguir una misma Fo.

En cuanto a la calidad del tomate triturado, se analizaron estadísticamente las componentes principales (Fig. 2), donde se aprecia que la viscosidad es una de las variables más influyentes en la calidad del producto. En base a esto, se realizó un análisis de la varianza (ANOVA) tomando el índice de viscosidad como variable dependiente y el tratamiento como factor (Fig. 3). Aquí se puede observar que, a medida que aumentamos la velocidad de rotación, disminuye la viscosidad. Esto puede ser debido, seguramente al aumento de la efectividad del tratamiento, logrando temperaturas más altas durante más tiempo.

Con este trabajo, quedaría demostrada la mejora de la transmisión de calor durante la fase de esterilización de tomate triturado y su influencia en la calidad del producto final.

Referencias bibliográficas  

Holdsworth, D., Simpson, R.; Thermal Processing of Packaged Foods. Food Engineering series: 300-315 (2008)

Abril Requena, J. Tratamientos térmicos de alimentos en autoclave. Universidad Pública de Navarra: 1-10 (2004)

Richardson, P. Improving the termal processing of foods. Food Science and Technology: 124-137 (2004)

Este artículo está basado en una ponencia del Congreso CESIA 2010 celebrado en Logroño.

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