Tema7 pasteurizacion

Tema 7

Pasteurización

Objetivos

• Definir la operación de pasteurización y encuadrarla dentro de los métodos
térmicos de estabilización.
• Estudiar los parámetros que definen la intensidad de la pasteurización.
• Conocer los fundamentos de la pasteurización con el fin de poder diseñar la
operación.
• Conocer la aplicabilidad de la pasteurización en la industria agroalimentaria.
• Estudiar la pasteurización de graneles y alimentos envasados.
• Conocer el equipo en el que se lleva a cabo la pasteurización.

Pasteurización Tecnología de los Alimentos
4º Ingeniero Químico

Índice del tema

1 DEFINICIÓN DE LA PASTEURIZACIÓN ...................................................................................3
2 CINÉTICA DE LA MUERTE TÉRMICA DE MICROORGANISMOS ................................................4
2.1 Gráficos de supervivencia .........................................................................................5
2.2 Tiempo de reducción decimal....................................................................................6
2.3 Influencia de la temperatura (T) en la cinética de la muerte térmica .......................7
2.4 Descripciones científica y empírica de la cinética de la muerte térmica. .................9
3 DESCRIPCIÓN DE LA INTENSIDAD DE LA PASTEURIZACIÓN. ...............................................10
3.1 Índice de reducción, γ..............................................................................................10
3.2 Severidad del tratamiento, s ....................................................................................10
3.3 Velocidad de muerte, L (letal rate)..........................................................................11
3.4 Factor F (tiempo de muerte térmica, thermal death rate).......................................11
4 DISEÑO DE UN PROCESO DE PASTEURIZACIÓN ...................................................................14
4.1 Calculo de una pasteurización en ciclo ideal..........................................................14
4.2 Calculo de una pasteurización en ciclo real ...........................................................15
4.3 Pasteurización de alimentos envasados ..................................................................16
5 INFLUENCIA DEL PH Y ACTIVIDAD DEL AGUA EN LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS .............18
6 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PASTEURIZACIÓN DE ALIMENTOS ..........................................19

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1 Definición de la pasteurización

La pasteurización es una operación de estabilización de alimentos que persigue la
reducción de la población de microorganismos presentes en éstos de forma que se prolongue el
tiempo de vida útil del alimento.
Si se reduce la población de microorganismos al principio del almacenamiento, N0, la
vida útil del alimento se alarga cuando el parámetro de calidad dominante es la presencia de
microorganismos, ya sean patógenos o sólo alterantes, porque se tarda más tiempo en alcanzar
una concentración intolerable de microorganismos, Nf.
La pasteurización consigue disminuir la población de microorganismos mediante la
elevación de la temperatura durante un tiempo determinado, lo que implica la aplicación de
calor.
La pasteurización es un tratamiento térmico suave, en contraposición con la
esterilización, que es un tratamiento muy intenso. La pasteurización emplea temperaturas y
tiempos de contacto relativamente bajos, consiguiendo una prolongación moderada de la vida
útil a cambio de una buena conservación del valor nutritivo y de las cualidades organolépticas
del alimento.
Sin embargo, pese a ser un tratamiento suave, la pasteurización consigue la eliminación
de los microorganismos patógenos, aunque sólo consigue una reducción de los
microorganismos alterantes. La pasteurización tiene diferentes objetivos según el tipo de
alimento al que se aplique:
En alimentos ácidos, como zumos de fruta, produce una buena estabilización ya que el
medio ácido impide la proliferación de microorganismos esporulados, los más resistentes a la
destrucción térmica, respetando las propiedades del alimento.
En alimentos poco ácidos, siendo el ejemplo más importante la leche, la pasteurización
consigue la destrucción de la flora patógena y una reducción de la banal o alterante,
consiguiendo un producto de corta duración que ha de conservarse refrigerado pero que tiene
unas características muy próximas a la de la leche cruda.

En el caso de la leche, los patógenos más importantes que pueden estar presentes son el
bacilo de Koch (tuberculosis), Salmonella typhi y paratyphi (tifus), Brucilla melitensis (fiebre
de Malta), y Streptococcus y Staphylococcus (de la mamitis). La mayor parte de estos gérmenes
no producen alteraciones en la leche, por lo que su presencia puede pasar desapercibida.
Sin embargo, todos estos patógenos son destruidos por un tratamiento térmico ligero
que deja un producto más higiénico y que se estropeará por la acción de la flora banal
(lactobacilos) mucho antes de resultar peligroso a la salud humana.
De los patógenos mencionados, el mas resistente es el de la tuberculosis, por lo que el
tratamiento se diseña para destruir este microorganismo ya que si este es destruido, se asegura
también la destrucción de los demás, puesto que son más débiles.

La pasteurización es una operación básica que consiste en un
tratamiento térmico relativamente suave (temperaturas inferiores a
100ºC). Por ejemplo en el caso de alimentos líquidos a granel sería

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entre 72 y 85ºC y tiempos cortos (15-20 s). En el caso de alimentos
envasados las temperaturas estarían comprendidas entere (62-68ºC) y
tiempos más largos (aproximadamente 30min). Al ser un tratamiento
térmico suave los cambios organolépticos y cambios nutritivos del
alimento son pocos importantes.

La pasteurización puede prolongar la vida útil de los alimentos desde varios días (por
ejemplo la leche) hasta varios meses (por ejemplo los zumos de fruta embotellados).
El diseño de la operación de pasteurización requiere la determinación de las condiciones
de temperatura y tiempo de exposición y tener en consideración el tiempo de penetración
del calor en el caso de alimentos sólidos envasados

2 Cinética de la muerte térmica de microorganismos
La muerte térmica de microorganismos se ajusta muy a menudo a una cinética de primer
orden,

N
No Proceso térmico La destrucción de
a temperatura T microorganismos por acción del calor
sigue una cinética de primer orden.
dN
− = kd ⋅ N
dt

Tiempo
siendo,
N el número de microorganismos vivos en cada momento en cualqueiera de sus formas,
en células ó células/mL),
kd es la constante cinética de muerte térmica a temperatura T
NOTA: kd depende muy intensamente de la temperatura T

Integrando la ecuación anterior para un proceso térmico que se realiza a temperatura
constante (kd constante) se obtiene, como en cualquier cinética de 1er orden, la conocida
solución:
N
dN
t
 N  N
− ∫ N = k d ⋅ ∫ dt ;
No 0
ln
N
 o
 = − kd ⋅ t ;

 No
= e − kd ⋅t ;

N = N o ⋅ e − kd ⋅t
También es muy usada en base decimal. Se puede pasar a logaritmos decimales según:

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log
N
No
( )
= log e − k d ⋅t ; log
N
No
= −k d ⋅ t ⋅ log e ; log
N
No
=−
kd
2,3
⋅t

Cuestión 1: En un ensayo a 65ºC se ha determinado que la concentración de un
microorganismo desciende a la mitad por cada 12 segundos de tratamiento.
Encuentre el valor de la constante de muerte a esta temperatura y determine
cuantos microorganismos quedan al cabo de 4 minutos si la concentración
inicial es de 3,2·108 µorg/mL.

2.1 Gráficos de supervivencia
Representando log(N/No) frente al tiempo para un microorganismo determinado se
obtiene una recta de pendiente negativa de valor kd/2,3. Esta representación recibe el nombre de
gráfico de supervivencia. Para cada temperatura se obtendrá una pendiente diferente y por lo
tanto un grafico de supervivencia diferente ya que kd varía con la temperatura.

log N/No

kd/2,3

Grafico de supervivencia
a temperatura constante

tiempo

log N/No T1>T2>T3

kd1/2,3 kd2/2,3 kd3/2,3 Graficos de supervivencia
T1 T2 T3

tiempo

Por supuesto, se obtienen resultados equivalentes representando cualquier tipo de
logaritmo diferente del decimal frente al tiempo. Particularmente conveniente es usar
directamente el logaritmo neperiano.
Cuestión 2: Represente el gráfico de supervivencia para el ensayo de la Cuestión 1.
Cuestión 3: Se obtuvieron datos de la desactivación de FS 158 a dos temperaturas, que a
parecen en la siguiente tabla:

5


Represente los datos en un gráfico de supervivencia y obtenga el valor de las constantes de
muerte.

2.2 Tiempo de reducción decimal
Frecuentemente se emplean otras magnitudes equivalentes a kd para caracterizar la
velocidad de muerte de los microorganismos, como es el tiempo de reducción decimal, D, que
es el tiempo necesario para reducir el número de microorganismos vivos a la décima parte del
número inicial, es decir
=D
10 microorganismos vivos t→1 microorganismos vivos

=D
N o microorganismos vivos t→ N o /10 microorganismos vivos


N 1 0,1 ⋅ No
= = = 10 −1 tasa de supervivencia o
No 10 No
tasa de destrucción

Sustituyendo t=D y N/No=10-1 en la ecuación de la muerte térmica:

kd
log 0,1 = − ⋅D
2,3
kd
−1 = − ⋅D
2,3
2,3
D=
kd

N 1
es decir, log = − ⋅t
No D

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Los gráficos de supervivencia también se pueden representar como en función de D:

log N/No

1

-1/D
0,1

0,001 Grafico de supervivencia
a temperatura dada
10-12
D (12D)
tiempo 12·D

Para obtener una tasa de supervivencia 10-1 necesitamos aplicar 1 tiempo de reducción
decimal y para obtener una tasa de supervivencia 10-12 necesitamos aplicar un tiempo de
reducción decimal de índice doce (12D) o lo que es lo mismo aplicar doce veces el tiempo de
reducción decimal, t = 12·D.
Conocido D, después de un tiempo t, el número de microorganismos viables que quedan
es
t
−
N = N 0 ⋅ 10 D

Cuestión 4: Obtenga D para los microorganismos de las cuestiones 1 y 3..

2.3 Influencia de la temperatura (T) en la cinética de la muerte térmica
La constante de muerte térmica kd y, en consecuencia el tiempo de reducción decimal,
D, son función de la temperatura. En efecto, representando la razón de supervivencia frente al
tiempo a varias temperaturas, se obtienen rectas de diferentes pendientes:

N/No T1>T2>T3
1

0,1

1/D2 1/D3 Grafico de supervivencia
1/D1 T1 T2 T3 a temperatura constante
0,01

D1 D2 D3
t

Es decir, la cinética de la muerte térmica se acelera al incrementarse la temperatura,
reflejándose en una disminución del tiempo de reducción decimal D y un incremento de la
constante de muerte kd.

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Correlación de kd y T: la ecuación de Arrhenius:
La constante de muerte térmica para un microorganismo dado, se correlaciona bien con
la temperatura T a través de la ecuación de Arrhenius:
− Ea

k d = k ∞ ⋅ e R⋅T

o en otra forma

 − Ea  1 1 
k d = k TR 
 R ⋅  − 
 T T 
  R 

Y, tomando logaritmos en la primera

Ea 1
Ln(k d ) = Ln(k ∞ ) − ⋅
R T

De donde es evidente que se puede obtener el valor de k∞ y Ea representando Ln(kd)
frente a 1/T.

Cuestión 5: Los datos de la cuestión 3 fueron obtenidos a 105 y a 117 ºC. Obtenga los
valores de la ecuación de Arrhenius para la variación de kd con T.

Correlación de D y T: gráficos de termodestrucción y constante de termorresistencia (z):
Ea

Puesto que 1/D=kd/2,3, se deduce que D = D∞ ⋅ e RT

donde, D∞ y Ea , al igual que antes, dependen del tipo de microorganismo y se pueden
obtener de forma análoga a lo expuesto antes.

Además, cuando se representa el logaritmo decimal del tiempo de reducción frente a la
temperatura, se obtienen líneas rectas de pendiente -m. Estas gráficas reciben el nombre de
gráficos TDT o gráficos de termodestrucción.
log D

1

D=0,1
1/Z
Dr=0,01 Grafico TDT
Para una reducción de 10 veces
Z las células supervivientes
T Tr
T

Como se deduce de la geometría del grafico, el inverso de la pendiente de esta línea de
termodestrucción, que denominaremos z, es el número de grados que debe incrementarse la
temperatura para que el valor del tiempo de reducción decimal D baje a la décima parte del
inicial. En efecto, de la geometría del grafico, se deduce que:

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log D − log DTR 1
= − = −m
(T − TR ) z

donde z se denomina termorresistencia del microorganismo y físicamente es el valor del
incremento de T que se necesita para que D varíe en un orden de 10.

De esta definición, se deduce además la siguiente expresión
TR −T

D = DTR ⋅ 10 z

Aunque en principio sólo es válida para intervalos cortos de temperatura y para un
mismo grado de muerte térmica.

Cuestión 6: En la siguiente tabla se muestran diversos valores de D medidos para un
microorganismo. Obtenga el valor de la termorresistencia y la ecuación que da
D a cualquier temperatura.

2.4 Descripciones científica y empírica de la cinética de la muerte térmica.
Como vd ha comprobado, se sugieren dos formas de describir la cinética de la muerte
térmica
• Una, equivalente al tratamiento clásico de la cinética de 1er orden, basado en la
constante de muerte, kd, y su relación con la temperatura por la ecuación de
Arrhenius. A esta descripción se le denomina científica.
• Otra, basada en los conceptos de tiempo de reducción decimal, D, y de
termorresistencia. A ésta, se le denomina descripción empírica.
Ambas son equivalentes ya que es deducible una de la otra

Cuestión 7: Con los datos y resultados de la cuestión 6, obtenga la descripción científica de
la cinética de muerte para ese microorganismo.

En la siguiente tabla se muestran datos de algunos microorganismos con ambas
descripciones

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Datos cinéticos de muerte térmica de distintos microorganismos
Kd (121ºC), s-1 D (121ºC), s ED (kJ/mol) z (ºC)
B. stearothermophilus 0,01-0,03 100-250 283 6-10
B. subtilis 0,05-0,10 25-50 318 8-13
B. megaterium 0,96 2,4 - 7
C. sporogenes 0,025-0,050 50-100 - 13
C. botulium 0,20 12 343

Cuestión 8: Obtenga el valor de la termorresistencia de Clostridium botulinum según los
datos de la tabla anterior.

3 Descripción de la intensidad de la pasteurización.
La intensidad de la pasteurización es el resultado de aplicar una temperatura T durante
un tiempo t y ha de cuantificarse por su efecto en la muerte de el/los microorganismo/s objetivo.
Definamos algunos de los conceptos usados en cuantificar estos efectos.
Muchas de estas definiciones nos resultan innecesarias, pero es conveniente conocer la
nomenclatura empleada en el tratamiento de la pasteurización.

3.1 Índice de reducción, γ.
El índice de reducción γ·es el tiempo necesario para reducir una población 10γ veces, es
decir pasar de 10γ microorganismos viables a 1. De la definición de D, e obvio que el tiempo de
exposición resulta t= γ D, con la descripción empírica
N D = Dr ⋅ (10) ( Tr −T ) / Z
γ = 1 D 
→ → = 10 −1
No

γ = 12  (12D) = 12·D 
→ →
N
= 10 −12 12D = (12D)r ⋅ (10) ( Tr −T ) / Z
No
( Tr − T ) / Z
N
γ = n (desconocido)  (nD) = n·D 
→ → = 10 − n t = tr ⋅ (10)
No

Es fácil deducir las formulas para la descripción científica (hágalo vd).

3.2 Severidad del tratamiento, s
La severidad se define como:

 n   N 
s = − Ln
n  = − Ln
 N  (las n minúsculas representan concentraciones)

 o   o 

Si el proceso se realiza a temperatura constante (lo que se denomina “ciclo ideal”,
porque requiere que sea posible realizar un calentamiento instantáneo), tal y como venimos
asumiendo, entonces s = k d ⋅ t .

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T  N 
s = ln
N  = kd ⋅ t

 o 
Te  N  t
s = Log 
N =
 D
 o 

siendo Te la temperatura de esterilización.

To
tiempo

Si el proceso no se realiza a temperatura constante, kd no es constante y la severidad ha
de evaluarse como la siguiente integral
t
T s = ∫ kd ⋅ dt
0

Te donde Te es la temperatura de
esterilización.
1 2
1- Perfil de calentamiento

To 2- Perfil de enfriamiento

tiempo

En la práctica se dan más a menudo ciclos reales.

3.3 Velocidad de muerte, L (letal rate).
Es una medida relativa de la velocidad de muerte. Se define como:
L = 10(TR −T ) / z
y expresa cuanto es más rápida o más lenta una pasteurización en unas condiciones
dadas (por T) respecto de una pasteurización de referencia.
Puesto que para una pasteurización estándar se acepta que TR = 60ºC y Z = 7, se tiene,
L = 10(60−T ) / 7
Lo que significa que para una pasterización a 67ºC, L=0,1 y por tanto la pasteurización
es 10 veces más rápida. En consecuencia hace falta 10 veces menos tiempo para la misma
intensidad.

3.4 Factor F (tiempo de muerte térmica, thermal death rate).
El factor F se usa para medir la intensidad de una pasteurización. Tiene dimensiones de
tiempo y representa el tiempo que debe pasar un alimento a una temperatura de tratamiento dada

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(por ejemplo, 60ºC o 250ºF) para conseguir un determinado índice de reducción.
Los tratamientos suelen estar estandarizados. Por ejemplo, la esterilización de leche se
basa en conseguir 12 deduccines de clostridium botulinum a 121ºC. Puesto que para este
organismo D121=12s y γ=12 es evidente que F=2,4 minutos en este proceso, si se lleva a cabo a
121ºC.121ºC es la temperatura estandar de esterilización.
FT=DT·γ
Y si el proceso se hace a la temperatura estandar, F0==DTR·γ ( vea el subíndice 0)
Elegir o decidir cual es la temperatura estandar para un proceso de pasteurización es
simplemente cuestión de convención. La temperatura estandar de pasteurización es 60ºC. La
intensidad del tratamiento adecuado es normalmente encontrada de forma empírica. En la tabla
siguiente se muestran tratamientos aplicados habitualmente a diversos productos expresados en
minutos a 60ºC.
Fo values used commercially for products on the UK market
Product Can sizes Fo values
Babyfoods babyfood 3-5
Beans in tomato sauce All 4-6
Peas in brine Up to A2 6
A2 to A10 6-8
Carrots All 3-4
Green beans in brine Up to A2 4-6
A2 to A10 6-8
Celery A2 3-4
Mushrooms in brine A1 8-10
Mushrooms in butter Up to A1 6-8
Meats in gravy All 12-15
Sliced meat in gravy Ovals 10
Meat pies Tapered, flat 10
Sausages in fat Up to 1 lb 4-6
Frankfurters in brine Up to 16Z 3-4
Curried meats and vegetables Up to 16Z 8-12
Poultry and Game, whole in brine A2½ to A10 15-18
Chicken fillets in jelly Up to 16 oz 6-10
"Sterile" ham 1 and 2 lb 3-4
Herrings in tomato Ovals 6-8
Meat soups Up to 16Z 10
Tomato soup, not cream of All 3
Cream soups A1 to 16Z 4-5
Up to A10 6-10
Milk puddings Up to 16Z 4-10
Cream 4/6 oz 3-4
16Z 6

12


Evaporated milk Up to 16 oz 5
Petfoods Up to 16Z 15-18

En principio, estos tratamientos son aceptados porque funcionan en la práctica común.
La reducción de la población que se produce depende del microorganismo considerado. Puede
elegir alguno de los procesos antes citados y comprobar que reducción produce en alguno de los
siguientes organismos, por ejemplo en salmonella spp

Decimal reduction times (D-values) for various bacteria.

Organism TR (0C) D-value, DT
Campylobacter jejuni 55 1 min
Salmonella spp 60 0.98 min
Listeria monocytogenes 71.7 3.3 sec
Escherichia coli 71.7 1 sec
Staphylococcus aureus 71.7 4.1 sec
Clostridium perfringens 90 145 min
Clostridium botulinum 121.1 12 sec
Bacillus stearothermophillus 121.1 5.0 min

Cuestión 9: ¿Qué índice de reducción en la población de salmonella spp. se consigue en
leche evaporada con la pasteurización sugerida en la tabla anterior? ¿Qué
tiempo de pasteurización es necesario a 70ºC para esa misma pasteurización?
Cuestión 10: Si vd desea producir 12 reducciones decimales en Clostridium perfringens
¿Qué tiempo de pasteurización necesita en las condiciones sugeridas.

Para COMPARAR diferentes ciclos de pasteurización se acepta una termorresistencia
de 7ºC (otra convención, peligrosa en ocasiones, por cierto)

F760 :minutos a 60 grados o el tiempo necesario para producir una reducción (N/N0)
equivalente aceptando z=7.

Para T constante (ciclo ideal) F = L ⋅ t R , por definición. Y en consecuencia
(TR − 60 ) / 7
F = 10 ⋅ t R , lo que nos permite comparar dos tratamientos o encontrar el tratamiento
equivalente a una temperatura diferente.
t
Si T no es constante, ciclo real, F = L ⋅ dt∫0

Así pues si se realizan dos esterilizaciones, una a 60ºC durante 30 minutos y otra a 90ºC
y 6 segundos, para poder saber que tratamiento térmico produce mayor grado de destrucción,
calcularíamos el tiempo para cada una de los tratamientos referido a 121ºC o lo que es lo mismo
calcularíamos el valor o las unidades de esterilización. El tratamiento que nos de un mayor valor
de F será el más severo. En el caso de que los tratamientos térmicos se realicen a T constante se

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utilizará la ecuación para un ciclo ideal y en el caso que la temperatura no sea constante se
utilizará la ecuación para un ciclo real.

Cuestión 11: En el caso de la cuestión 10 ¿Qué tiempo requiere si el proceso se hace a 60ºC?
¿Y si se desea eliminar Clostridium botulinum?.

4 Diseño de un proceso de pasteurización
Aunque muchos procesos de pasteurización están estandarizados, tal y como se ha visto
en el apartado anterior, es posible realizar el diseño para producir una reducción deseada N/N0.
El diseño consiste en decidir una temperatura de tratamiento T, y el correspondiente tiempo
de exposición t para conseguir la reducción deseada N/N0.
Para el cálculo, utilizaremos la descripción científica y distinguiremos entre el caso de
ciclo ideal, en el que se asume que los periodos de calentamiento y enfriamiento son lo
suficientemente rápidos como para no causar efectos, y el ciclo real. Inicialmente consideramos
la pasteurización de graneles, que se lleva a cabo en flujo y el alimento está perfectamente
mezclado, por lo que el retraso en la penetración del calor no es un problema. Luego se
considera la pasteurización de alimentos envasados.
4.1 Calculo de una pasteurización en ciclo ideal
Como se ve en la figura, los procesos de calentamiento y enfriamiento pueden
considerarse instantáneos.
En este caso, puede considerarse que el proceso transcurre a temperatura constante.
Temperatura (T)

T=Tp

tiempo de proceso

T=T0
T=Tf

t=0 t=tf
Tiempo (t)

Se asume que dispone de los datos cinéticos de la muerte térmica del microorganismo,
k∞ y Ea (de la constante de arrhenius).
Pueden darse las siguientes situaciones:
• Para una reducción deseada N/N0 , se elige la temperatura de proceso TP y se
calcula el tiempo de exposición:

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N  N 
Ln 0  Ln 0 
N   N 
t=  = E
k d (T ) − a
k∞ ⋅ e RTP

• Para una reducción deseada N/N0 , se fija el tiempo de proceso y se calcula la
temperatura a la que se debe operar, TP :

N 
Ln 0 
N Ea
k d (T ) =  ; T =
t R ⋅ Ln(k ∞ / k d (T ))
Cuestión 11: Calcule el tiempo de exposición necesario para obtener una reducción de 10-6
en la población de Listeria monocytogenes en leche.que se pasteuriza a 65ºC.
Cuestión 12: Para el anterior caso, se dispone de uun dispositivo que proporciona un tiempo de
tratamiento de 2,5 minutos ¿A que temperatura hay que trabajar para obtener
como mínimo la reducción deseada?
Cuestión 13: Se desean procesar 241 L min-1 de leche en un pasteurizador continuo a 71,5ºC
para conseguir una reducción de 10-12 en el microorganismo diana (kd=1.84 s-1 a
71,5ºC). El pasteurizador es un tubo de 55 mm de diámetro interno y 30 pies de
largo. ¿Provee el equipo suficiente tiempo de contacto? Asuma ciclo ideal.
Datos a 71,5ºC d=1010 kg m-3, µ=6.5·10-4 Pa s-1.

4.2 Calculo de una pasteurización en ciclo real
Ocurre este caso cuando no se puede despreciar el efecto de los periodos de
calentamiento o enfriamiento. En estos casos es preciso conocer el perfil de temperaturas
temporal del proceso T(t).
El perfil de temperaturas depende de los dispositivos de intercambio del calor y encierra
tanto la temperatura de proceso como el tiempo de exposición. Puede ser que se conozca el
perfil de temperaturas y se desee evaluar la reducción que se produce.
• Asumiendo que se conoce el perfil de temperaturas T(t) del ciclo de
pasteurización que dura desde el principio del calentamiento (t0) hasta después
del enfriamiento, la reducción conseguida es:
primero, calculamos la severidad:
Ea
tf tf −
s = ∫ k d (T )dt = ∫ k ∞ e RT ( t )
dt
t0 t0

y de ésta, la reducción de la población
N
= e −s
N0
• Más habitual es que se desee alcanzar una reducción dada y haya que proponer
un perfil determinado. Aunque puede ser difícil cambiar la velocidad de
calentamiento o enfriamiento, siempre es posible prolongar el periodo de
mantenimiento, como se muestra en la figura

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Perfil de temperaturas, T(t)

Temperatura (T)
Tm

Mantenimiento

tm

Calentamiento Enfriamiento
t1 t2
t0 Tiempo (t) t3

- En este caso, la severidad es suma de los tres procesos:
s=s1 + s2 +s3
- La reducción deseada N/N0 da la severidad total:
N0
s = Ln
N
- La severidad de los procesos de calentamiento y enfriamiento se
puede calcular de sus perfiles de T:
Ea Ea
t1 − t3 −
s1 = ∫ k∞ e RTc ( t )
dt ; s3 = ∫ k∞ e RTc ( t )
dt
t0 t2

- La severidad del mantenimiento se obtiene por diferencia
s2 = s – s1 – s3
- Y de ahí se deduce la duración necesaria del mantenimiento a la
temperatura elegida o impuesta por otra causa (Tm)
s2
tm =
kd (Tm )

En ocasiones no se distinguen claramente las fases de calentamiento y mantenimiento y
es necesario el perfil de temperatura completo para realizar el cálculo.
El perfil de temperaturas se puede deducir de las características del dispositivo en el que
se lleve a cabo el calentamiento o el enfriamiento, y se puede manipular graduando la
temperatura del fluido calefactor o refrigerante o alterando la geometría, el tiempo de residencia
o el régimen de flujo. Estudiaremos el perfil de temperaturas en algunos dispositivos de
intercambio de calor en el próximo tema.

4.3 Pasteurización de alimentos envasados
El hecho de que el alimento se encuentre envasado, pone como dificultad añadida que el
calor tarda cierto tiempo en penetrar hasta el interior del alimento. De hecho el tiempo de

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penetración puede ser mucho más importante que el requrido para la inactivación
Aunque en la tabla presentada en el apartado 3.4 se incluye la intensidad del tratamiento
recomendado para diversos alimentos teniendo en cuenta el envase, puede ocurrir que se desee
diseñar un ciclo para un alimento envasado del que no se dispongan de estos datos.
En estos casos, el problema se aborda de forma conservativa: se hace el cálculo para el
lugar más frío del envase (the “cold spot” o punto frío). que suele ser el centro. Es, pues,
cuestión de supar ale tiempo de calentamiento al ciclo de esterilización
Para alimentos sólidos el cálculo se puede realizar de 2 formas
1 Ciclo ideal: Calcular el ciclo necesario para la temperatura elegida y sumar el tiempo de
calentamiento del centro obtenido de las gráficas de Gurney y Laurie. Este método es muy
conservativo y da tiempos excesivos.
2 Ciclo real: Obtener el perfil T-t para el centro del envase con las gráficas de Gurney y
Laurie, incluyendo calentamiento y enfriamiento y un periodo de mantenimiento, si lo hay,
y calcular las reducciones en base a estos perfiles.

Ambos métodos son muy conservativos, especialmente el primero, y particularmente en
el caso de envases grandes que contienen alimentos líquidos o semilíquidos o alimentos en un
líquido de gobierno, como es el caso de muchas conservas vegetales.
En este caso, el sobretiempo calculado para el calentamiento es realmente excesivo,
resultando costoso e incluso dañino para la calidad del producto. En estos casos tiene sentido
usar el siguiente método SEMIEMPÍRICO para ALIEMNTOS ENVASADOS
SEMISÓLIDOS.
La siguiente ecuación (semiempirica) da la variación de temperatura media para el
alimento contenido en el envase durante el calentamiento

 T −T  UA
Log  C = t
 TC − To  2.3MC p
Donde Tc es la temperatura del fluido calefactor, To es la temperatura inicial de alimento
y T es la temperatura del alimento en cada momento t. U es el coeficiente global de
transferencia del calor, A el area del envase expuesta a la transferencia del calor, M la masa del
alimento y Cp su capacidad calorífica.
Conviene agrupar todos los parámetros de transferencia del calor en el coeficiente fh, ya
que han de ser determinados empíricamente en conjunto:
2.3MC p
fh =
UA
E introduciendo u factor empírico que tiene en cuenta el retraso, jh, la ecuación del
calentamiento queda

 (TC − T )  −t
 j (T − T )  = f
Log  
 h C o  h

Reordenando
−t
Log ( (TC − T ) ) = + Log ( jh (TC − To ) )
fh
Que significa que si se dispone de un experimento en el que se mide la temperatura del
punto frío con el tiempo (T vs t), se pueden usar estos datos para representar Log(Tc-T) frente al

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tiempo, obteniendo una linea recta de pendiente 1/fh y un valor d el ordenada en el origen del
que se puede deducir jh (dedúzcalo usted).
Con fh y jh se puede escribir la expresión del perfil de temperaturas en el punto frío.
Escríbala a continuación.

Cuestión 14: A continuación se dan los datos de un experimento en el que se ha medido la
temperatura en el punto frío de una lata de alubias en salsa de tomate.
Encuentre los factores fh y jh y escriba la expresión del perfil de temperaturas.

time /min 0 3 6 9 12 15 18 21 24
temp /° C 50 52 62 86 100 106 112 115 116
time /min 27 30 33 36 39 42 45 48 51
temp /° C 116 116 116 116 116 116 114 84 57
Calcule también el índice de reducción que produce este ciclo en un
Clostridium cuyos datos son y el efecto sobre la vitamina que se muestra en la
tabla, sabiendo que esa vitamina se destruye con una cinética de primer orden.

Temperature/ Inactivation rate constant, kd /s-1
°C C. botulinum Thiamine
60 1.51 × 10-07 2.760 × 10-7
120 1.51 × 10-01 4.070 × 10-6

5 Influencia del pH y actividad del agua en los tratamientos
térmicos
En general, se puede decir que para la Pasteurización conviene trabajar a altas
temperaturas y pH bajos. Por debajo de 4,5 las bacterias no crecen, lo que posibilita que los
tratamientos térmicos puedan ser más suaves, aunque no hay que olvidar que a veces la
pasteurización también lleva a cabo la desnaturalización de las enzimas (como el escaldado)
como efecto secundario. Si este es el caso, hay que tener cuidado a la hora de suavizar el
tratamiento térmico.
Intervalos de pH para el crecimiento de distintos microorganismos
Intervalos de pH
Microorganismo Crecimiento Crecimiento optimo
Bacterias 4,5-8,5 4,5-7,5
Hongos 3-8,5 5-7
Levaduras 2,5-8,5 4-5

Con respecto a la actividad del agua (concentración de agua), una disminución de ésta
aumenta la resistencia térmica de los microorganismos por lo que el tratamiento térmico
después del secado es menos eficaz que realizado previamente. Los resultados experimentales
demuestran que si es necesario esterilizar un alimento deshidratado para destruir sus virus o es
necesario humedecerlo antes.

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6 Equipos utilizados en la pasteurización de alimentos
Existen dos modalidades de pasteurización:
LTH (low temperature holding), se trabaja a temperaturas bajas (62-68ºC) y tiempos
largos (aproximadamente 30min). Este tipo de pasteurización es la llevada a cabo en los
alimentos envasados (cervezas, zumos de frutas).
Según el material del envase, la esterilización se realiza con:
• agua caliente (en el caso del vidrio)
• mezcla de vapor de agua- aire (en el caso de plásticos y metal)

Los aparatos utilizados en pasteurización LTH pueden operar:
• Continuo: túneles de pasteurización (túneles con cinta sinfín, que contienen una
zona de calentamiento y otra de enfriamiento)
• Discontinuo, baño maría en jaulas.
Este tipo de pasteurización se lleva a cabo en sencillos dispositivos tipo “baño maría” o
en túneles como los mostrados al final del apartado.

HTST (high temperature, short time), se trabaja a temperaturas altas (72-85ºC) y
tiempos cortos (entre 15-20 s). Este tipo de pasteurización es la llevada a cabo en los alimentos
líquidos a granel, como leche, productos lácteos, zumos de frutas, cerveza, vinos...
El instrumento utilizado son los intercambiadores de calor de placas, los cuales constan
de tres partes: recuperación del calor, calentamiento y enfriamiento. En la zona de recuperación
de calor es el alimento pasteurizado el que cede el calor al alimento a tratar para preenfriarse
mientras que el alimento a tratar se precalienta antes de su esterilización.
La pasteurización a alta temperatura es en general más conveniente, ya que es más
rápida, los dispositivos son más pequeños, y el consumo energético se reduce.
El principal inconveniente es que requiere un control más intenso y que por este motivo
loas instalaciones son más complicadas y caras.
Los sistemas HTST requieren dispositivos capaces de calentar muy rápidamente, como
los cambiadores de placa o de superficie rascada, o los de tres tubos concéntricos, modificación
del conocido sistema. Estos dispositivos se muestran al final.

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Cambiador de placas

20


Esquema de la circulación de fluidos en un cambiador de placas

Pasteurización en cambiador de placas con ciclo de mantenimiento externo y recuperación
de calor.

21


cambiador de tubos concéntricos y su modificación a cambiador de tubo triple.

22


Pasteurizador de tubos concéntricos.

Cambiador de superficie rascada y su esquema.

23


Tunel de pasteurización por ducha de agua: imahen, ventajas e inconvenientes y esquema.

24


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Bibliografía

Mafart, P. En Ingeniería Industrial Alimentaria. Volumen 1: Procesos Físicos de
conservación. Ed. Acribia: Zaragoza, 1994.
Ordóñez, J.A., Cambero, M.I., Fernández, L., García, M.L., García de Fernando, G., de
la Hoz, L. y Selgas, M.D. Tecnología de los Alimentos. Volumen I: Componentes de los
alimentos y procesos. Eds, Ordóñez, J.A Ed. Síntesis: Madrid, 1998.
Fellows, P. En Tecnología del Procesado de los Alimentos. Principios y Prácticas. Eds,
Fellows, P. Ed. Acribia: Zaragoza, 1994.
http://www.galesh.us/index.htm (ejemplos de equipo)

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