Conservación por calor

Vicerreitoría de eStUdaNteS, cUltUra e ForMaciÓN coNtiNUa Unha colección orientada a editar materiais docentes de calidade e pensada para apoiar o traballo do profesorado e do alumnado de todas as materias e titulacións da universidade Grao en Nutrición Humana e Dietética Tecnoloxía do Procesado de Alimentos Ángel Cobos García e Olga Díaz Rubio Departamento de Química Analítica, Nutrición e Bromatoloxía Área de Tecnoloxía de Alimentos Facultade de Ciencias 2 Conservación por calor 9788498 877410 ISBN 978-84-9887-741-0 &RQVHUYDFLyQSRUFDORU 2 Ángel Cobos García e Olga Díaz Rubio Departamento de Química Analítica, Nutrición e Bromatoloxía Área de Tecnoloxía de Alimentos Facultade de Ciencias ADVERTENCIA LEGAL: reservados todos os dereitos. Queda prohibida a duplicación, total ou parcial desta obra, en calquera forma ou por calquera medio (electrónico, mecánico, gravación, fotocopia ou outros) sen consentimento expreso por escrito dos editores. © Universidade de Santiago de Compostela, 2011 Deseño Unidixital Edita Vicerreitoría de Estudantes, Cultura e Formación Continua da Universidade de Santiago de Compostela Servizo de Publicacións da Universidade de Santiago de Compostela Imprime Unidixital Servizo de Edición Dixital da Universidade de Santiago de Compostela Dep. Legal: C 2089-2011 ISBN 978-84-9887-741-0 UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor - 3 MATERIA: Tecnoloxía do Procesado de Alimentos TITULACIÓN: Grao en Nutrición Humana e Dietética PROGRAMA XERAL DO CURSO Localización da presente unidade didáctica Unidade I. Introdución e conceptos xerais. Alteración dos alimentos frescos. Principais causas de alteración: axentes biolóxicos, físicos e químicos Unidade II. Conservación por calor Acción letal da calor nos microorganismos: termobacterioloxía. Destrución térmica de enzimas e nutrientes. Tratamentos térmicos aplicados na industria alimentaria. Termización. Pasterización. Esterilización. Métodos Unidade III. Conservación polo frío. Procedementos de aplicación de frío. Desconxelación Efecto do descenso de temperatura nos parámetros que definen a calidade dos alimentos. Refrixeración. Conxelación. Almacenamento. Desconxelación. Métodos. Valor nutritivo e calidade dos alimentos conxelados Unidade IV. Radiacións electromagnéticas utilizadas na industria alimentaria Conceptos xerais. Radiacións electromagnéticas ionizantes: irradiación. Plantas de irradiación. Efectos nos parámetros que definen a calidade dos alimentos. Aplicacións. Radiacións electromagnéticas non ionizantes. Quentamento por microondas e por infravermellos. Equipos, efectos na calidade dos alimentos e aplicacións Unidade V. Conservación por modificación da atmosfera. Conservación por descenso da actividade de auga Conservación por modificación da atmosfera: envasado a baleiro, envasado en atmosferas modificadas e almacenamento en atmosfera controlada Conservación por descenso da actividade de auga: evaporación, deshidratación. Calidade e conservación dos alimentos deshidratados Unidade VI. Conservación química dos alimentos. Outros métodos de conservación. Métodos combinados Conservantes químicos. Salgadura. Conservación por adición de azucre. Afumado. Tecnoloxía e efectos na calidade dos alimentos. Métodos combinados 4 - UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor Unidade VII. Transformación dos alimentos. Métodos Tecnoloxías de conversión de alimentos. Efectos sobre a calidade dos alimentos. Aplicacións Unidade VIII. Procesos biolóxicos de transformación dos alimentos. Fermentacións. Cultivos iniciadores. Uso de enzimas. Tipos de fermentacións. Alimentos elaborados por fermentación. Cultivos iniciadores: definición e aplicacións. Uso de enzimas na industria alimentaria: tipos, orixe e produtos en que se empregan. Unidade IX. Novas tecnoloxías. Envasado, almacenamento, transporte e distribución de alimentos. Novas tecnoloxías de conservación e transformación de alimentos. Envasado dos alimentos: funcións, materiais e tipos de envases. Almacenamento, transporte e distribución de alimentos UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor - 5 ÍNDICE Presentación ............................................................................................ 7 Os obxectivos ............................................................................................ 8 A metodoloxía ............................................................................................ 8 Os contidos básicos .................................................................................. 9 1. Acción letal da calor nos microorganismos: termobacterioloxía. Destrución térmica de enzimas e nutrientes ................................... 9 1.1. Ecuación do tempo de morte térmica ......................... 9 1.2. Factores que inflúen no tempo de redución decimal .............. 10 1.3. Cálculo do tratamento térmico aplicable ................... 13 2. Tratamentos térmicos aplicados na industria alimentaria. Termización. Pasterización. Esterilización. Métodos .................... 14 2.1. Introdución ................................................................. 14 2.2. Termización ............................................................... 14 2.3. Pasterización ............................................................. 14 2.4. Esterilización .............................................................. 15 Actividades propostas ............................................................................. 16 Avaliación .................................................................................................. 17 Anexos ....................................................................................................... 18 Bibliografía ................................................................................................ 20 UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor - 7 PRESENTACIÓN Esta unidade didáctica denominada Conservación por calor forma parte da materia «Tecnoloxía do procesado de alimentos» que se impartirá no primeiro semestre do 2º curso do Grao en Nutrición Humana e Dietética. A materia estrutúrase en diferentes unidades didácticas, tratando cada unha delas as diferentes tecnoloxías de procesado dos alimentos, tanto de conservación coma de transformación. A presente unidade didáctica aborda a conservación dos alimentos por calor. Este método permite destruír os microorganismos, pero se o tratamento térmico é excesivo, altéranse as características sensoriais e nutritivas dos alimentos. Nesta unidade didáctica estudarase o tratamento térmico que se debe aplicar a cada alimento e cales son os tipos e métodos aplicados na industria alimentaria. Xustificación da unidade temática no contexto da materia e da titulación A materia «Tecnoloxía do procesado de alimentos» conforma, xunto con outras troncais, o conxunto de estudos referidos ao módulo de Ciencia dos Alimentos dentro do Grao de Nutrición Humana e Dietética. Entre unha das competencias específicas que adquirirá o alumnado neste módulo está a de coñecer os sistemas de produción e os procesos básicos na elaboración, transformación e conservación dos principais alimentos. Esta competencia desenvolverase nesta materia. Como resultado da aprendizaxe, o alumnado coñecerá os principais procesos básicos, tanto de conservación coma de transformación dos alimentos e capacitaraos para comprender os principios básicos da tecnoloxía do procesado de alimentos para relacionar as modificacións que se producen nestes como consecuencia dos procesos tecnolóxicos que sufriron durante a súa elaboración. Esta Unidade Didáctica centrarase nun proceso de conservación moi importante, como é a calor. O alumnado coñecerá como afecta a calor aos microorganismos e compoñentes dos alimentos relacionados coa calidade (enzimas e nutrientes) e cales son os métodos para a súa aplicación. Para unha boa compresión da materia, é necesario que o alumnado teña coñecementos previos de materias como Química I e II, Bioquímica e Física para Ciencias da Vida, as cales cursaron no primeiro ano do Grao e que forman, parte do Módulo de Formación Básica. Así mesmo, as competencias que adquira o alumnado nesta materia serviralle de base para coñecementos que obterá no Grao noutras materias como Tecnoloxía Culinaria, Nutrición Humana, ou optativas como Ciencia e Tecnoloxía da Carne e Peixe, Ciencia e Tecnoloxía do Leite e Produtos Lácteos e Ciencia e Tecnoloxía de Produtos Vexetais. Duración e destinatarios Os contidos desta unidade didáctica están dirixidos aos estudantes do Grao en Nutrición Humana e Dietética e, en particular, preferiblemente para aqueles que superasen as materias de primeiro curso. Os devanditos contidos serán impartidos en oito horas presenciais: catro de docencia teórica, unha interactiva de seminario e tres de prácticas en laboratorio. 14 - UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor con que está elaborado o recipiente (a condutividade térmica dos de vidro é menor que a dos metálicos), tamaño do envase (nos máis grandes tarda máis en chegar a calor ao centro térmico), e o procesado (a axitación favorece a penetración de calor e unha maior temperatura do esterilizador acurta o tempo que tarda en quentarse). 2. Tratamentos térmicos aplicados na industria alimentaria. Termización. Pasterización. Esterilización. Métodos. 2.1. Introdución O emprego de calor pode ter distintos obxectivos na industria alimentaria. Nalgúns casos, como se sinalou anteriormente, o obxectivo pode ser a esterilidade comercial. Non obstante, por distintos motivos, nalgúns casos o obxectivo é a destrución parcial ou selectiva de microorganismos. Neste contexto, xorden os conceptos de termización e pasterización. 2.2. Termización A termización é un tratamento térmico de baixa intensidade (63 ºC65 ºC durante 15 segundos) que se adoita aplicar ao leite cru para conseguir unha redución dos microorganismos psicrótrofos (microorganismos que se poden multiplicar en refrixeración). Adóitase realizar en leite que vai ser conservado durante máis de 48 horas en refrixeración antes da esterilización. As bacterias psicrótrofas (por exemplo, Pseudomonas) producen enzimas (proteases, lipases) termorresistentes e o tratamento de esterilización destrúe os microorganismos psicrótrofos pero non os enzimas producidos por eles podendo dar alteracións ao leite nos 5 meses de vida útil. 2.3. Pasterización A pasterización é a elevación da temperatura dun alimento líquido a un nivel inferior ao do seu punto de ebulición (menos de 100 ºC), durante un curto tempo, arrefriándoo despois rapidamente, co fin de destruír selectivamente os microorganismos sen alterar a composición e calidades do líquido. Polo tanto, os obxectivos fundamentais da pasterización son, por unha banda destruír microorganismos aínda que sen buscar a esterilidade do produto, e doutra banda, que os cambios no valor nutritivo e características sensoriais do alimento sexan mínimos. O tipo de microorganismo que se quere eliminar varía segundo o produto ao que se aplique, nalgúns casos son os patóxenos e noutros casos son os microorganismos alterantes. Así, en certos produtos búscase a destrución dos microorganismos patóxenos máis termorresistentes, ante a posibilidade de que estean presentes, como en leite pasterizado, onde a UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor - 15 pasterización causa unha redución 12D de Micobacterium tuberculosis, Listeria e Coxiella burnetti ou en ovoprodutos líquidos pasterizados onde se destrúe Salmonella. Noutros alimentos (zume de froitas, cervexa), polas súas características físico-químicas, especialmente un pH acedo, preténdese eliminar unicamente microorganismos alterantes (bacterias non esporuladas, lévedos e mofos). En alimentos onde se van engadir cultivos iniciadores (iogur, queixo), unha pasterización previa serve para favorecer o desenvolvemento das fermentacións desexables, eliminando os microorganismos que compiten cos cultivos iniciadores. Con todo, en certos alimentos, a pasterización pode ter outros obxectivos. Por exemplo, no mel realízase para que non haxa cristais de glicosa. A pasterización do leite para elaborar iogures consegue unha desnaturalización das proteínas do lactosoro o que leva consigo unha maior viscosidade dos iogures e mellor retención do soro lácteo. Pero, para iso, é necesario un aumento da relación temperatura/tempo aplicada, denominándose pasterización alta. A medición da actividade de enzimas presentes no alimento é o xeito de controlar se a pasterización foi correcta. No leite utilízanse dous enzimas, a fosfatase alcalina e a peroxidase. A actividade destes enzimas mídese facilmente mediante unha reacción colorimétrica. No leite cru, ambos enzimas están activos; non obstante, no leite pasterizado a fosfatase é inactivada, permanecendo activa a peroxidase. Ambos enzimas están inactivos no leite de pasterización alta. Na conservación dos produtos pasterizados normalmente hai que empregar outros métodos de conservación, xa sexa refrixeración (leite, zumes), adición de azucre e concentración (leite condensado), adición de sal e refrixeración (semiconservas de anchoas) ou adición de conservantes como nitritos en produtos cárnicos (salchichas). Os métodos de aplicar a pasterización varían se se realizan de xeito descontinuo ou continuo. Os métodos descontinuos realízanse colocando o alimento en recipientes con camisas de calefacción ou quentando os alimentos envasados con auga quente. Os métodos continuos realízanse en intercambiadores de calor tubulares ou de placas. É mellor a pasterización en intercambiadores de calor xa que permite aplicar tratamento térmicos baseados en temperaturas altas, tempos curtos (HTST, high temperature, short time), o cal non é posible en procesos descontinuos. Como se sinalou anteriormente, así se consegue cambios mínimos en valor nutritivo e características sensoriais. 2.4. Esterilización A esterilización comercial busca destruír os microorganismos dun alimento dentro dos límites técnicos. Con iso, o alimento pódese conservar a temperatura ambiente durante un longo período de tempo. Os métodos para conseguir a esterilización do alimento varían se se realizan en alimentos previamente envasados ou antes do seu envasado. Os primeiros pódense realizar de xeito descontinuo (autoclaves) ou continuo (esterilizadores hidrostáticos). 16 - UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor A esterilización dos alimentos previamente ao seu envasado permite a aplicación de temperaturas altas durante curtos períodos de tempo (esterilización UHT) con melloras na calidade nutritiva e sensorial. O método UHT (Ultra High Temperature) pódese realizar de xeito directo ou indirecto. Nos métodos indirectos empréganse intercambiadores de calor tubulares ou de placas. Denomínanse indirectos porque hai unha barreira (a placa ou o tubo) entre o alimento e o medio de quecemento (auga quente presurizada ou vapor). Polo contrario, nos métodos directos non existe esta barreira xa que se inxecta directamente o vapor de auga no líquido a esterilizar (método de inxección) ou se introduce o alimento nunha cámara con vapor de auga (método de infusión). Deste xeito conséguese elevar a temperatura do alimento dun xeito moito máis rápido. O arrefriamento tamén é case instantáneo e baséase na aplicación do baleiro necesario para que se evapore a auga de máis que se incorporou ao alimento. ACTIVIDADES PROPOSTAS x Desenvolverase a seguinte actividade interactiva no seminario. Realización de problemas de termobacterioloxía. Tras a explicación en teoría, propoñeranse problemas (previamente deixados na web virtual; ver anexos) para solucionar en seminario. Estes problemas versarán sobre o tratamento térmico necesario para conservar un alimento. O alumnado tratará de solucionalos antes do seminario. Na aula, traballarase conxuntamente coas dúbidas que xurdisen. x Desenvolverase a seguinte actividade práctica no laboratorio. Alimentos tratados pola calor. Control da eficacia do tratamento térmico mediante probas de actividade enzimática. Consistirá en nunha sesión no laboratorio de tres horas de duración en grupos de vinte persoas. Para o seguimento desta actividade dispoñerase de boletín de prácticas que se poderá obter a través da USC virtual. O boletín constará dunha breve introdución, a descrición dos materiais necesarios, os métodos a seguir, unha táboa ou espazo para anotar os resultados obtidos e unha serie de cuestións en relación a eles que deben responder de forma razoada. Finalmente achegarase unha breve bibliografía relacionada coa práctica. Cos resultados obtidos e as súas explicacións, o alumnado fará o caderno de prácticas. Nesta práctica poñerase a disposición do alumnado mostras de leites sometidos a diferentes tratamentos térmicos. Mediante dúas probas de actividade enzimática (fosfatase alcalina e peroxidase), deberá determinar, traballando en parellas, a intensidade do quecemento recibido. UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor - 17 Tras a realización das probas, o alumnado comentará os seus resultados e tratará de explicar que tipo de tratamento térmico sufriu este leite. AVALIACIÓN Avaliación da unidade didáctica Os contidos teóricos avaliaranse mediante un exame de preguntas curtas nas que se valorará a adquisición por parte dos/das estudantes dos coñecementos relacionados cos contidos teóricos explicados na unidade didáctica. O alumnado terá unha serie de preguntas de autoavaliación (ver anexos) que poderán utilizar para comprobar o grao de comprensión dos contidos tratados na unidade didáctica. A avaliación do seminario farase mediante control da súa asistencia e participación así como a entrega de problemas resoltos. No exame tamén se avaliara un problema sobre termobacterioloxía. As prácticas de laboratorio valoraranse mediante o caderno de prácticas que entregará o alumnado ao profesorado. Tamén se controlará a súa asistencia e valorarase a súa participación. Avaliación da materia Os diferentes aspectos que se avaliarán na materia, así como o seu valor na cualificación final do alumnado serán: xA asistencia e participación nas clases teóricas, seminarios e prácticas e a valoración do caderno de prácticas (20% da nota final). xA realización de traballos e problemas (20% da nota final). xExame escrito dos contidos (60% da nota final). 18 - UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor ANEXOS Preguntas de autoavaliación 1. Unha empresa fabrica conservas dun alimento en envases metálicos de 1 kg. O pH do devandito alimento procesado é de 6,4. As análises microbiolóxicas deron o seguinte resultado: Bacillus stearothermophilus: 1 esporo /gr. Os cálculos dos parámetros termobacteriolóxicos determinados experimentalmente foron: Bacillus stearothermophilus, D121ºC = 0,10 minutos, Z= 10 ºC. A esterilidade comercial estableceuse en 1/104 (risco de alteración sexa de 1 envase por cada 10.000). A temperatura do autoclave será de 101ºC. Calcular os valores de F101ºC da conserva. 2. Na conserva da pregunta anterior, sinala como afectarían ao tratamento térmico esterilizante as seguintes adicións ao alimento ou as seguintes modificacións antes da esterilización das latas: a) Adición de graxa. b) Adición de zume de limón ata baixar o pH a 3,9. c) Aumento do tamaño do envase. d) Cambio do envase de lata por un de plástico. e) Axitación do envase durante o quecemento. f) Cambio do envase metálico por un de vidro. 3. Unha empresa fabrica tomate triturado enlatado en envases de 500 gr. O pH do alimento procesado é de 4,2. As análises microbiolóxicas deron o seguinte resultado: Bacillus coagulans: 2 esporo /gr. Os cálculos dos parámetros termobacteriolóxicos determinados experimentalmente son: Bacillus coagulans: D121ºC= 0,015 minutos Z =10 ºC. A esterilidade comercial estableceuse en 1/104 (risco de alteración sexa de 1 envase por cada 10.000). A temperatura do autoclave será de 111 ºC. Calcular os valores de F111ºC da conserva. 4. Como afectaría ao valor de F calculado no problema anterior, os seguintes parámetros? (Subliña a resposta correcta) a) a adición de aceite vexetal ao produto antes do tratamento térmico aumenta F diminúe F non afecta a F b) a axitación do envase durante o tratamento térmico aumenta F diminúe F non afecta a F c) a adición dunha substancia alcalina ata levar ao produto a pH=5 antes do tratamento térmico aumenta F diminúe F non afecta a F UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor - 19 d) Traballar cunha materia prima de menor carga microbiolóxica aumenta F diminúe F non afecta a F. 5. Se unha empresa alimentaria quere elaborar unha conserva dun determinado alimento, explica que pasos tería que dar para calcular o tratamento térmico esterilizante aplicable á devandita conserva. 6. Compara os seguintes tratamentos térmicos aplicados a un alimento sinalando cales destrúen máis os microorganismos e cales afectan menos aos nutrientes. a) 72 ºC 15 segundos b) 110 ºC 20 minutos c) 135 ºC 2 segundos. 7. Obxectivos da pasterización. 8. Métodos de esterilización dos alimentos. 20 - UNIDADE DIDÁCTICA II. Conservación por calor BIBLIOGRAFÍA BRENNAN, J.G., BITTER, J.R., COWELL, N.D., LILLY, A.E.V. (1998): Las operaciones de la ingeniería de los alimentos, 3ª ed., Zaragoza: Acribia. CASP, A., ABRIL, J. (1999): Procesos de conservación de alimentos, Madrid: AMV Ediciones-Mundi Prensa. FELLOWS, P. (2007): Tecnología del procesado de los alimentos: principios y prácticas, Zaragoza: Acribia. ORDÓÑEZ, J.A., CAMBERO, M.I., FERNÁNDEZ, L., GARCÍA, M.L., GARCÍA DE FERNANDO, G., HOZ, L., SELGAS, M.D. (1998): Tecnología de los Alimentos. Vol. I. Componentes de los alimentos y procesos, Madrid: Síntesis. TSCHEUSCHNER, H.D. (2001): Fundamentos de tecnología de los alimentos, Zaragoza: Acribia. Vicerreitoría de eStUdaNteS, cUltUra e ForMaciÓN coNtiNUa Unha colección orientada a editar materiais docentes de calidade e pensada para apoiar o traballo do profesorado e do alumnado de todas as materias e titulacións da universidade Grao en Nutrición Humana e Dietética Tecnoloxía do Procesado de Alimentos Ángel Cobos García e Olga Díaz Rubio Departamento de Química Analítica, Nutrición e Bromatoloxía Área de Tecnoloxía de Alimentos Facultade de Ciencias 2 Conservación por calor 9788498 877410 ISBN 978-84-9887-741-0