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TÉCNICA DE ESTERILIZAÇÃO TÉRMICA DE ALIMENTOS



A utilização de altas temperaturas é um dos métodos mais utilizados para a preservação de alimentos embalados. Alimentos embalados em embalagens herméticamente fechadas, são submetidos a um tratamento térmico destinado a redução da carga microbiana, o que permite um aumento do tempo de vida dos alimentos processados e embalados.
Este processo teve início em 1874 quando A.V.Shriver, desenvolveu um sistema onde utilizava vapor sob pressão para atingir o processamento de alimentos à temperaturas altas.
Os alimentos de baixa acidez quando embalados herméticamente, devem ser processados termicamente a fim de se obter a esterilizadade comercial, isto é, destruição das formas vegetativas e esporos de microorganismos patogênicos e de outros microorganismos viáveis.
Alimentos de baixa acidez são aqueles cujo o pH é superior a 4,5 e a atividade de água superior a 0,85. São produtos alimentícios que se acondicionam em embalagens herméticas e podem propiciar o desenvolvimento de bactérias patogênicas como o Clostridium butilium, que nestas condições sintetiza uma toxina letal ao ser humano se ingerida. A esterilização pela aplicação de calor, é o processo mais utilizado. O alimento embalado em latas, vidros ou bolsas autoclaváveis são submetidos a temperaturas superiores a 100ºC pela aplicação de vapor pressurizado ou, misturas de vapor e água, sendo também o vapor pressurizado. Em seguida ao aquecimento tem-se o resfriamento em geral feito com água fria. Os equipamentos utilizados são denominados Autoclaves, ou Retortas. Estes equipamentos são projetados e construídos dentro de normas, e possuem controles para garantir um adequado funcionamento.

Desenvolvimento de Microorganismos no Alimento

O desenvolvimento de microorganismos em locais favoráveis, é bastante rápido passando por quatro fases sucessivas, conforme é mostrado no gráfico a seguir:


FASE(1): Adaptação dos microorganismos ao meio.
FASE(2): Crescimento acelerado de reprodução.
FASE(3): É a fase estacionário, sem crescimento dos microorganismos.
FASE(4): Está fase é a de morte dos microorganismos.

PROCESSOS TÉRMICOS NOS ALIMENTOS

De modo a compreender os processos de conservação baseados na utilização de altas temperaturas (processamento térmico ou tratamentos térmicos), é necessário por um lado conhecer qual o efeito ou efeitos das altas temperaturas sobre os microorganismos e, por outro lado compreender os mecanismos básicos de transferência de calor do meio de aquecimento (água ou vapor de água) para os alimentos processados e no interior do próprio alimento, produzindo desta forma produtos alimentícios seguro a saúde do consumidor.

(1)-Subprocessamento Térmico

No subprocessamento térmico, a deterioração dos alimentos embalados, há um número limitado de microorganismos que pode se desenvolver. Esse tipo de deterioração é devido a um tratamento térmico inadequado; ou se forneceu um aquecimento baixo ou o tempo de aquecimento foi insuficiente para a esterilização do alimento.

(2)-Resfriamento Inadequado

É a deterioração dos alimentos embalados herméticamente, devido ao processamento inadequado de resfriamento após aquecimento, geralmente feito com água corrente. Isto ocorre devido a temperatura inadequada da água de resfriamento; tratamento químico (cloração) da água também insuficiente; tempo de exposição da embalagem no resfriamento insuficiente, são fatores que pode proporcionar o deterioramente do alimento embalado.

(3)-Deterioração Pré-Processamento

Ocorre também devido a falhas durante o processamento do alimento, propiciando o desenvolvimento de microorganismos no alimento durante a sua preparação e antes da esterilização. Experiências demonstram que durante um intervalo de aproximadamente 2 horas entre a preparação e o cozimento do alimento, a contagem bacteriana aumentava em torno de 50%.

CÁLCULO DAS TEMPERATURAS DE ESTERILIZAÇÃO

As temperaturas que provocam a morte dos microorganismos, são denominadas de "Temperaturas Letais". Quando os microorganismos são submetidos a temperaturas letais e constantes, podemos observar uma redução no número de microorganismos sobreviventes. A quantidade no número de microorganismos presente quando o alimento é submetido a diferentes tempos de aquecimentos a temperaturas constantes, podemos definir como:



onde:

N = Número de Microorganismos Vivo.
D=Tempo de Aquecimento ou Tempo de Redução Decimal.
K=Constante de Destruição Térmica.

O valor D, é definido como sendo o tempo necessário para destruir 99% de microorganismos em um determinado tratamento térmico letal ou seja, permite calcular o tempo necessário (a temperatura constante) para reduzir o número de microorganismo um dado valor inicial (No) para um valor final (N1).
Para a comparação de diferentes processos de esterilização, é necessário uma temperatura de referência. Para alimentos de baixa acidez (pH até 4,5), a temperatura de referência utilizada é 121,1ºC, logo podemos definir a seguinte equação:


onde:

tT=Tempo em minutos do processo a uma temperatura T.
F=Tempo equivalente a 121,1ºC em minutos.
z=Resistência térmica de um determinado microorganismo.

z é o intervalo de temperatura que ocasiona uma variação de 10 vezes na valocidade de uma transformação.

Nos processos de tratamento térmico dos alimentos embalados herméticamente, considera-se satisfatório quando a probabilidade de ocorrer microorganismos vivo capazes de se desenvolverem e, causarem deterioração no alimento é de 1:1000 embalagem. Desta forma, o tempo de tratamento térmico irá depender da natureza química do alimento e das condições de armazenamento.

Letalidade Total - O Valor F

O valor F será o número total de unidades de esterilização num tempo de um minuto, num processo à temperatura de 121,1ºC.
Os tratamentos térmicos de esterilização são normalmente empregados de modo a reduzir para níveis seguros o número do microorganismos Clostridium botulinum, que de outro modo poderiam se reproduzir e produzir uma neurotoxina responsável pelo Botulismo, uma doença que pode levar à morte que a ingerir.
Como os microorganismos apresentam resistência relativamente diferentes entre sí a letalidade total (Valor F) de processamento e, a diferentes temperaturas também, isto é, depende portanto do valor da constante z. Então podemos definir:


A constante z neste caso, assume o valor z=10ºC

Para a avaliação do impacto de um tratamento térmico, deve-se levar em consideração os fatores nos alimentos de sabor e aroma de uma forma que os mesmos sejam preservados o máximo possível. Para tanto é utilizado normalmente uma temperatura de referência de 100ºC e valores de z entre 20 - 40ºC, para preservar tais características no alimento.
A equação (4) pode ser utilizada quando o alimento é agitado e promovendo assim o seu aquecimento de modo que o mesmo receba a mesma temperatura em todo o ponto. Na maior parte das situações práticas, este não é o caso, os diferentes pontos dos alimentos processado estáo ao longo do tratamento térmico, sujeito a variações de tempo-temperatura. Para esta situação devemos promover a somatória do processo total aplicado ao alimento, de modo a calcular o impacto do processo na totalidade do alimento; este impacto pode ser calculado conforme a equação a seguir:


F(V)=Valor da esterilização no volume (em minutos).
F=O valor da esterilização para o volume total do alimento (em minutos).

Conceitos de D e z no Cálculo da Esterilização

O valor D é normalmente denominado de TEMPO DE REDUÇÃO DECIMAL, ou seja, é o tempo necessário para reduzir o número de microorganismos a um décimo do inicial, a uma determinada temperatura. Este processo pode ser ilustrado no gráfico a seguir:



Do gráfico podemos tirar as equações:



No gráfico está ilustrado o cálculo do valor z ,para um determinado microorganismo. Verifica-se que o valor D é de 10 minutos para uma temperatura de 110ºC, enquanto ele é de 1,0 minuto para uma temperatura de 120ºC. Portanto para este microorganismo específico, o valor z é de 120-110=10 ou z=10ºC.

TERMORRESISTÊNCIA TÉRMICA DE ALGUMAS BACTÉRIAS E ESPOROS

As bactérias e seus esporos diferem muito quanto a resistência de morte pelo tratamento térmico. Algumas diferenças são resultados de fatores que podemos controlar no processo térmico; outras porém, são próprias das bactérias e seus esporos que nem sempre são possíveis de se explicar. Nos quadros a seguir, pode ser visto vários tempos e temperaturas para a destruição de certas bactérias e seus esporos.

BACTÉRIA
TEMPO
(minuto)
TEMPERATURA
( ºC )
Gonococcus
Salmonella typhosa
Staphylococcus aureus
Escherichia coli
Streptococcus thermophilus
Lactobacillus bulgaricus
2 -3
4,3
18,8
20 - 30
15
30
50
60
60
57
70 - 75
71

QUADRO-1: Tempo de Destruição Térmica de Bactérias



ESPOROS
TEMPO EM MINUTOS A
TEMPERATURA DE 100ºC
Bacillus anthoracis
Bacillus subtilis
Clostridium botulinum
Clostridium calidotolerans
1,7
15 a 20
100 a 330
520

QUADRO-2: Tempo de Destruição Térmica de Esporos de Bactérias


LETALIDADE - VALOR DA ESTERILIZAÇÃO

O valor da "esterilização" no processamento, é calculada baseando-se na resistência térmica dos microorganismos, conforme a penetração de calor no produto.
A Letalidade vai expressar a eficiência do processo térmico de 1 minuto à temperatura ( T ) em relação a temperatura de referência (Tref), podendo ser calcula pela seguinte equação:



Sendo tp o tempo total do processo. Seja por exemplo, um tratamento térmico que tenha os seguintes parâmetros de tratamento térmico para determinado alimento:

T = 100ºC (temperatura do tratamento térmico).
Tref= 121,1ºC (temperatura de referência).
z = 10ºC.

Jogando-se estes valores na equação (7), podemos calcular:


Assim neste processo térmico, segnifica que 1 minuto a uma temperatura de 100ºC, exerce o mesmo efeito que 6,4 segundos a uma temperatura de 121,1ºC, em termos de Letalidade.
Portanto com a equação (7), é possível determinar os valores equivalentes da Letalidade a qualquer temperatura, desde que se conheça o valor z do microorganismo que se esteja querendo eliminar no tratamento térmico. Alguns altores utilizam o símbolo Fo como Letalidade.


PENETRAÇÃO DE CALOR NO ALIMENTO DURANTE O TRATAMENTO TÉRMICO

A penetração de calor no tratamento térmico em alimentos embalados herméticamente, é definida como sendo a mudança da temperatura num determinado ponto do produto, em virtude da influência da temperatura dos pontos vizinhos do mesmo.
Essa penetração é resultante da transferência de calor no produto, que se processa por dois mecanismos fundamentais que são: POR CONVECÇÃO E POR CONDUÇÃO. O esquema dos dois processos de aquecimento é ilustrado na figura a seguir:



Onde as flexas vermelhas, mostra o movimento de agitação do alimento dentro da embalagem. PF, é o Ponto Frio ou Ponto Crítico, local no interior da embalagem onde a transferência de calor é mais lenta, portanto baixa Letalidade dos microorganismos. O Ponto Frio, depende principalmente das características físicas do produto alimentício e do formato e material das embalagens utilizadas.
Dependendo do tipo de alimento, um tratamento térmico de esterilização específico deve ser aplicado pois, a pendetração de calor nos mesmos são diferentes (produtos mais densos, mais líquidos, etc.). Nas figuras abaixo, mostra a penetração de calor nos diferentes tipos de alimentos embalados:


Nos diveros alimentos embalados acima, o tratamento térmico deve ser:

-ALIMENTOS 1 e 2: Aquecimento por Convecção.
-ALIMENTO 3: Aquecimento por Convecção e também por Condução.
-ALIMENTOS 4 e 5: Aquecimento por Convecção.

Tendo em vista a falta de informação relativa à evaolução da temperatura em todos os pontos do alimento embalado opta-se geralmente por calcular o impacto do processo utilizando a informação relativa a um único ponto no alimento. Quando estamos interessados em calcular o impacto de um dado tratamento térmico sobre uma população de microorganismos calculamos o valor do processo térmico, utilizando por exemplo a equação (7), no ponto, no alimento que demora mais tempo a aquecer (ponto frio). Este modo de atuação pode ser justificado pelo seguinte aspecto: se o alimento sofre um processamento térmico suficientemente severo para reduzir a população microbiana a níveis aceitáveis no Ponto Frio, então todos os outros pontos do produto alimentício receberão necessariamente um tratamento térmico adequado. Outro aspecto a favor deste modo de cálculo prende-se com o fato de na prática não conhecemos a distribuição espacial dos microorganismos no interior do alimento, logo assumimos que todos os microorganismos se encontram no ponto frio (ou ponto crítico) e, considerando um tratamento suficientemente severo neste ponto para reduzir o número de microorganismos para um valor aceitável, estaremos necessariamente produzindo um alimento seguro para o consumo, ao longo de todo o processo.


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