Métodos de Conservación por Calor
Los métodos principales de conservación de alimentos por calor son la pasteurización y la esterilización.
Pasteurización
Es el tratamiento térmico que se realiza a temperaturas inferiores a 100ºC. Se utiliza para destruir parte de las formas vegetativas microbianas presentes en los alimentos. El objetivo primario de la pasteurización es la destrucción de microorganismos patógenos. Sin embargo, algunas formas vegetativas alteradoras pueden sobrevivir a este tratamiento. En este caso, se utilizan otros métodos de preservación más severos. Estos métodos son:
- Refrigeración
- Aditivos químicos
- Envasado
- Fermentación con organismos deseados
El tratamiento tiempo-temperatura utilizado en la pasteurización depende de la resistencia al calor de las formas vegetativas particulares o microorganismos patógenos a destruir y de la sensibilidad al calor del producto.
Esterilización
Es el tratamiento térmico a temperaturas superiores a 100ºC. Las temperaturas ligeramente superiores a las óptimas para el desarrollo de las bacterias provocan la muerte de las células vegetativas bacterianas, mientras que las esporas pueden sobrevivir a temperaturas mayores. Es por ello que son de gran importancia en muchos procesos de esterilización. Las condiciones térmicas necesarias para producir la esterilidad comercial dependen de muchos factores, siendo estos:
- Naturaleza del alimento, específicamente su pH.
- Condiciones de almacenamiento de los alimentos posteriores al proceso térmico.
- Resistencia al calor de los microorganismos y sus esporas.
- Características de la transferencia de calor en el alimento, su envase y el medio de calentamiento.
- Carga inicial de microorganismos.
Es importante destacar que la esterilidad absoluta no es posible obtenerla ni es necesaria para una conservación adecuada del producto. Lo que se precisa es:
- Que el alimento quede exento de microorganismos patógenos.
- Que tenga una vida de almacenamiento aceptable.
Clasificación de los Alimentos Según su pH e Influencia del Mismo Sobre la Resistencia de las Esporas
Los alimentos en condiciones de conservación tienen un pH que varía desde la neutralidad hasta alrededor de 3.0. El efecto inhibidor de los ácidos sobre los organismos alteradores empieza a ser evidente alrededor de pH=5.3, mientras que el Clostridium botulinum y otros microorganismos que envenenan los alimentos, se inhiben a pH=4.5. Por debajo de un pH de 3.7 solo es probable que crezcan los hongos. El punto de separación importante ocurre a pH=4.5. Por encima de este valor, en los alimentos de baja acidez, es necesaria la esterilización, mientras que para los alimentos ácidos la pasteurización es adecuada. Los alimentos muy ácidos se auto preservan, aunque puede llegar a ser necesario cierto tratamiento térmico suave, a fin de inactivar las enzimas alteradoras. En general, los autores clasifican a los alimentos en 4 grupos fundamentales:
- Alimentos no ácidos: pH ≥ 5.3
- Alimentos poco ácidos: 4.5 ≤ pH < 5.3
- Alimentos ácidos: 3.7 ≤ pH < 4.5
- Alimentos muy ácidos: pH < 3.7
Sin embargo, otros autores plantean la clasificación en 3 grupos solamente:
- Alimentos poco ácidos: pH ≥ 4.5
- Alimentos ácidos: 4.0 ≤ pH < 4.5
- Alimentos muy ácidos: pH < 4.0
El microorganismo utilizado con más frecuencia como referencia es el Clostridium botulinum, germen productor de importantes intoxicaciones alimenticias, que elabora una toxina letal. Debido a que este es peligroso por ser patógeno, se utiliza en su lugar para fines experimentales, una raza seleccionada de un organismo no patógeno, conocido como P.A 3679 (Clostridium sporogenes) que tiene mayor termoresistencia que el Clostridium botulinum.
Curva de Crecimiento Microbiano
Bajo cualquier condición determinada, el crecimiento de los microorganismos puede ser representado por una curva que toma una forma única. Representando los incrementos en el número de bacterias con respecto al tiempo, es conocida como curva de crecimiento. Esta curva presenta 5 fases:
- Fase de ajuste o latencia (AB): En el tramo de la curva AB.
- Fase exponencial (BC): En el tramo de la curva BC es donde las células se multiplican exponencialmente.
- Fase estacionaria (CD): En el tramo de la curva CD.
- Fase de muerte (EF): En el tramo de la curva de EF.
- Fase final de muerte: En el tramo de F hacia adelante.
Número Inicial de Microorganismos Presentes en el Producto
Generalmente, el número de microorganismos presentes aumenta imperceptiblemente en la fase lag, de acuerdo a la curva de crecimiento microbiano. Sin embargo, la multiplicación rápida ocurre en la fase exponencial.
Edad de los Microorganismos
Es imposible determinar la edad exacta de los organismos presentes en un producto alimenticio. Por ejemplo: si en un alimento entran un número de microorganismos mediante el polvo, en comparación con igual número que entra a pequeñas cantidades del alimento en varias horas debido a una mala limpieza del equipo, tenemos que los organismos más viejos son los que entran con el polvo durante la fase lag de desarrollo, mientras que en el otro caso los microorganismos que han permanecido en los equipos mal limpiados son mucho más jóvenes y presentan una fase lag de crecimiento muy corta, iniciando rápidamente la fase exponencial de crecimiento.
Frecuencia de la Transferencia y Fase de Desarrollo de los Microorganismos Transferidos
La frecuente transferencia de organismos hacia un nuevo medio, tiende a mantenerlos en la fase de rápido crecimiento. Si la temperatura es favorable para el crecimiento, es necesario lavar o higienizar con mucha más periodicidad durante el día los equipos de procesamiento de alimentos, de forma de prevenir que los microorganismos se adhieran a las superficies internas de los equipos y evitar que alcancen la fase de desarrollo acelerado.
Clases de Microorganismos
Diferentes tipos de microorganismos varían considerablemente en su comportamiento de desarrollo cuando están sujetos a determinadas condiciones. Las clases de microorganismos presentes dependerían esencialmente, de las fuentes de contaminación y un estudio de estas aumentaría la posibilidad de eliminación de los microorganismos que hacen ciertas operaciones difíciles.
Temperaturas del Crecimiento Microbiano
El control de la temperatura proporciona una de las mayores armas contra el crecimiento activo de los microorganismos. Solo por el ajuste de la temperatura, es a menudo posible alargar la fase lag del desarrollo microbiano. El control adecuado de la temperatura durante las operaciones de enfriamiento de los alimentos es esencial para prevenir el deterioro, a menos que sean esterilizados antes. La velocidad del enfriamiento debe ser tal que la temperatura del producto disminuya rápidamente lo suficiente para prevenir cualquier incremento apreciable en el número de microorganismos presentes. Si las temperaturas favorables al desarrollo microbiano prevalecen por un tiempo largo, de modo que se pueda iniciar un crecimiento rápido, ocurrirá una contaminación significativa o se vigorizará la carga de esporas y será difícil su detención. Esto indica que las temperaturas bajas son requeridas para detener el desarrollo de los microorganismos en la fase de rápido desarrollo y para mantener un estado de inactividad en el crecimiento.
Naturaleza del Medio
La composición del sustrato del medio influye marcadamente en la longitud de la fase lag y en la velocidad de crecimiento microbiológico en la fase de desarrollo acelerado. Ciertas sales han sido ampliamente utilizadas como inhibidores del crecimiento. La efectividad de estos inhibidores aumenta directamente con un incremento en su concentración en los productos alimenticios.
Consideraciones Prácticas
La calidad de un producto alimenticio procesado se mide en términos de propiedades nutritivas y sensoriales y depende de 3 factores:
- Propiedad del alimento antes de su procesamiento.
- Acción microbiológica en el alimento durante todas las operaciones tecnológicas ejecutadas en la fabricación del producto alimenticio.
- Naturaleza de las condiciones impuestas para el control de la acción microbiológica antes, durante y después de la fabricación del producto alimenticio.
Cinética de Muerte Térmica de los Microorganismos
Las temperaturas ligeramente superiores a las máximas permisibles para la multiplicación de los microorganismos causan la muerte de las células vegetativas. Sin embargo, las esporas sobreviven a temperaturas muy superiores a las máximas en que se producen las formas vegetativas. Debido a esta resistencia al calor, ellas ocupan un gran interés en la esterilización de muchos productos alimenticios, ya que es conocido que la esterilización causa casi la destrucción de las formas vegetativas. Estudios sobre el orden de muerte de los microorganismos demuestran que, cuando están sometidos al calor, el número de células viables se reduce exponencialmente con respecto al tiempo de exposición a una temperatura letal determinada.
Destrucción Térmica: Definición de Z
Los productos alimenticios no son calentados instantáneamente, sino que el calor penetra en función del tiempo y el diferencial de temperatura entre el producto y el autoclave, generándose una velocidad de inactivación a diferentes temperaturas letales. La dependencia de la velocidad de reacción sobre la temperatura es también requerida para permitir tratamientos a diferentes temperaturas. Existen dos métodos de descripción de la dependencia de la constante de reacción sobre la temperatura que son: la ecuación de Arrhenius y las curvas del tiempo de destrucción térmica.
Métodos de Medición de la Resistencia Térmica de los Microorganismos
Los métodos más comunes son:
Método de los Tubos por Muerte Térmica
En este método se utilizan tubos de cristal fusible sellados por un extremo. El medio con los microorganismos es introducido en los tubos y estos sellados a la llama. La capacidad de los tubos está entre 1 y 14 cc. Para las determinaciones, los tubos son introducidos en un baño de aceite o cualquier otro medio de punto de ebullición alto. Este baño es mantenido a temperatura constante por medio de un termostato. El número de tubos que se usan debe ser de acuerdo a la serie que debemos analizar. Luego, introducimos los tubos al mismo tiempo cuando la temperatura de ensayo haya sido alcanzada. Luego de extraer los tubos del agua caliente debemos enfriarlos en agua fría para terminar el efecto del calor. Después, los tubos son abiertos y su contenido transferido a los medios de cultivo para su incubación y recuento. En algunos casos se utiliza un medio de cultivo en el tubo y entonces se incuban directamente.
Ventajas:
- El equipo usado es muy sencillo y se puede instalar en cualquier laboratorio.
- Si usamos un medio de cultivo claro o porciones de alimentos, es posible observar el crecimiento de las bacterias directamente.
- Se pueden abrir los tubos para el cultivo con peligro de contaminar.
- El espacio requerido para su instalación e incubación es muy pequeño.
- Este método se usó también en las determinaciones de inactivación de enzimas.
Desventajas:
- La ejecución de las distintas operaciones requiere mucho tiempo.
- Al transferir el contenido a los medios de cultivo se corre el riesgo de dejar algún sobreviviente en el tubo.
- Generalmente, solo se puede usar medios líquidos.
- El retardo en el calentamiento y enfriamiento del contenido de los tubos, lento o rápido, introduce errores en los cálculos.
- Las determinaciones más exactas se obtienen alrededor de temperaturas por debajo de los 116ºC.
Método de las Latas para Tiempo de Muerte Térmica
Este método utiliza unas latas de diseño y medidas especiales. En ellas se introduce el producto que se va a procesar y se cierran en una máquina. Después, se colocan en el interior de unos autoclaves pequeños con temperatura regulada estrictamente para el procesamiento. Transcurrido el tiempo previamente determinado, se enfrían con agua dentro del mismo autoclave. Una de las características del sistema es la capacidad de sustituir las latas por tubos de cristal, solo que estos se colocan en cestos que se introducen a su vez en el autoclave. Después del método de los tubos, este es el más usado.
Ventajas:
- Se puede estudiar una gran variedad de productos en su forma natural bajo condiciones similares a aquellas que se producen en la industria.
- Se puede realizar un gran número de réplicas en el laboratorio o planta experimental.
- El espacio para la incubación requerido es pequeño.
- Las latas pueden llenarse y cerrarse más rápidamente que los tubos.
Desventajas:
- El retraso en el calentamiento y enfriamiento de los productos limita su uso a temperaturas más bien moderadas, como la usada en el método de los tubos.
- Se requiere una máquina especial para el cerrado, pero su construcción es fácil.
- El número de autoclaves es bastante grande y sus controles tienen que ser muy exactos.
- La apertura de las latas y su posterior inoculación de los medios de cultivo encierran riesgo de contaminación.
- Es necesario examinar los cierres de las latas para eliminar la posibilidad de contaminación por mal cierre.
Método del Tanque
Consiste en un cilindro de acero inoxidable con tapa envuelto en un forro de acero por donde circula el vapor a presión. Se asemeja a un recipiente de doble fondo a presión pero pequeño. En la tapa posee una válvula de escape para expulsar el aire, además lleva dos dispositivos para adaptar un termómetro y un agitador. En el fondo del aparato hay 4 válvulas de diseño especial que permiten la esterilización del recipiente de extracción y la extracción de la muestra según la posición que ocupe, siempre sin parar el funcionamiento del aparato. Para elevar la temperatura se utiliza el vapor que circula por el forro, el cual es controlado para obtener una temperatura deseada dentro de estrechos límites, pero tarda unos 3 minutos en alcanzar dicha temperatura.
Ventajas:
- Pueden estudiarse medios líquidos o mezclas de líquidos y sólidos.
- Las determinaciones pueden hacerse con bastante exactitud para relaciones de tiempo/temperatura muy estrictas.
Desventajas:
- El tiempo que tarda en alcanzar la temperatura del experimento es uno de los más largos.
- Su manipulación requiere una buena dosis de habilidad manual.
- La construcción del aparato no es fácil.
- Se pueden producir floculaciones en el medio durante las determinaciones.
- No se pueden realizar determinaciones que impliquen tratamientos cortos.
Método del Frasco
Este método lo usamos en un frasco de balón de 3 cuellos. Luego, introducimos un termómetro en uno de los cuellos y un agitador en el otro. Por el tercer cuello se introduce el medio en que se va a determinar la resistencia y se tapa. Todo el aparato se introduce en un baño de aceite a temperatura constante u otro medio de calentamiento bien controlado. Una vez que el frasco y su contenido han alcanzado la temperatura deseada, se introduce el inóculo. Transcurrido cierto tiempo, se retiran las muestras que han de incubarse.
Ventajas:
- Es un método muy conveniente y rápido.
- El equipo que se requiere es fácil de obtener.
- Se eliminan o son despreciables los retrasos en el calentamiento y enfriamiento.
Desventajas:
- Solo se usan temperaturas por debajo de los 100ºC.
- Se requieren cuidados especiales durante su manipulación.
- El número inicial de microorganismos no puede ser muy grande.
- Algunos medios tienden a flocular e introducen errores.
Método del Termorresitómetro
Se usa en temperaturas por sobre 115ºC, especialmente para la destrucción de esporas. Es un aparato mecánico con diversos accesorios utilizados para determinar el tiempo, entrada y salida del vapor, etc. La incubación del medio de cultivo se hace en el interior del aparato y de forma mecánica. Su característica más destacada es un rápido incremento en la temperatura y en el enfriamiento del producto analizado.
Ventajas:
- Un mínimo de retraso en el calentamiento durante la determinación y en el enfriamiento.
- Permite el estudio del efecto de temperatura relativamente alta.
- El sistema para medir el tiempo es de una exactitud de ±0.0005 min.
- Los riesgos de contaminación son casi nulos.
Desventajas:
- Costo muy alto.
- Solo se usan sustratos líquidos que fluyan.
- No permite la incubación directa de las muestras.
- Solo sirve para estudiar temperaturas por arriba de los 101ºC.
Método de Tubos Abiertos
Aquí usamos tubos de ensayo taponados con algodón. Como medio para calentar se usa vapor y se enfría con contrapresión de aire. Obliga el uso de autoclaves especiales para este método por la necesidad de mezclar vapor y aire, mezcla que es muy difícil de controlar dentro de límites estrechos. Se puede modificar el método de las latas y adaptar sus autoclaves para este propósito.
Ventajas:
- El medio de cultivo se vierte en los tubos de ensayo para el tratamiento térmico, al inverso de lo que se hace en el método de los tubos.
- Se elimina el cerrado y apertura de los tubos.
Desventajas:
- El retraso en el calentamiento y enfriamiento es bastante largo.
- El rango de temperatura está limitado a los 100ºC.
- El uso de temperatura por encima de los 100ºC exige dispositivos muy complicados.
Método de los Tubos Capilares
En este método utilizamos capilares de diámetro menor de 2 mm. Además, se ha patentado un sistema automático para la introducción y retiro rápido de los tubos del medio de calentamiento, así como un sistema de inyección para facilitar el uso de material algo viscoso.
Ventajas:
- El retraso en el calentamiento y enfriamiento es mínimo.
- Permite el uso de temperaturas relativamente altas.
- Las muestras pueden guardarse para su posterior siembra o pueden ser incubadas para observación directa.
Desventajas:
- Las mismas del método de los tubos original.