Como ya comentamos en la publicación anterior, los estudios de validación térmica que se realizan en las plantas conserveras, son obligatorios y requeridos en las auditorías externas que realizan algunas acreditaciones que promueven la seguridad alimentaria, como BRC, IFS, HSEQ, FSSC 22000, etc., así también son solicitados por autoridades sanitarias de control a nivel internacional, entre estos la Food and Drug Administration (FDA), European Food Safety Authority (EFSA), EU, UK, DIPOA, SENASA y otras.

Estos estudios forman parte del proceso de verificación del plan HACCP implementado en las plantas conserveras y garantizan que los enlatados pasteurizados o esterilizados, especialmente los alimentos de baja acidez o low acid canned food (LACF) ), como carnes, pescado, mariscos, espárragos, arvejas, frijoles, maíz, higos, leche y otros, con un pH final estabilizado superior a 4.5, han completado satisfactoriamente su esterilidad comercial y no existe el  riesgo de presencia de Clostridium botulinum en el alimento, toda vez que este microorganismo es el  productor de la toxina botulínica que puede producir la muerte del consumidor.  

Los estudios de validación térmica deben ser realizados por una autoridad de Procesos Térmicos (PT), que es una persona u organización con conocimientos profundos de los requerimientos o exigencias para el tratamiento térmico de conservas alimenticias, para que sean totalmente inocuas al consumidor, además poseen el equipamiento y la experiencia necesaria para realizar este tipo de determinaciones de proceso.   

Los estudios son principalmente dos, el de distribución de temperatura (Heat Distribution), que se realiza a los equipos de calentamiento o esterilizadores, que desarrollamos en la publicación anterior de marzo 2022 y el estudio de penetración de calor (Heat Penetration), que se realiza directamente en el alimento, que se encuentra al interior de los envases metálicos cerrados herméticamente, este estudio lo trataremos a continuación.

1. EL ESTUDIO DE PENETRACIÓN DE CALOR

Es un método científico para determinar los niveles de esterilidad comercial o Fo que se alcanza

en una conserva alimenticia durante el tratamiento térmico programado. Este estudio es específico para cada tamaño de lata, acorde al pH final estabilizado del alimento y diseñado para destruir un microorganismo determinado que puede desarrollarse en ese medio provocando una enfermedad transmitida por los alimentos (ETA), que infecta, intoxica, o peor aún puede provocar la muerte del consumidor, con una grave consecuencia para la salud pública.

Entre las ETAs más comunes tenemos, el botulismo, gastroenteritis, listeriosis provocada por la Listeria monocytogenes, salmonelosis provocada por la Salmonella Sp, cólera, hepatitis, etc. Ahora tomando en cuenta que el botulismo es la ETA más grave que puede presentarse en la producción industrial y artesanal de conservas alimenticias, es que vamos a considerar en este artículo al Clostridium botulinum (Cb) como referencia para definir algunos conceptos, como el valor D, el valor z, el Fo mínimo, los métodos de cálculo, curvas de destrucción térmica, análisis de datos, niveles de esterilidad comercial y otros temas que se tratarán oportunamente.

 

2. EL TRATAMIENTO TÉRMICO O PROCESO PROGRAMADO  

Las latas en el proceso productivo de conservas, luego de ser llenadas con el alimento, líquidos, evacuadas y selladas para lograr su hermeticidad, son calentadas por un tiempo y a una temperatura predeterminada, utilizando algún medio de calentamiento, que puede ser vapor saturado a presión, agua caliente, o una mezcla de ambos, para lograr la estabilidad microbiológica del alimento o esterilidad comercial (FDA, USDA), que se define como la condición que se logra en una conserva por medio de la aplicación de calor, para producir un producto libre de microorganismos capaces de reproducirse en el alimento bajo condiciones normales de almacenamiento y distribución comercial sin refrigeración.

El tratamiento térmico de las conservas alimenticias, dependiendo de la temperatura a que llega el medio de calentamiento, puede definirse como pasteurizado (menor a 100 °C / 212 °F) o esterilizado (mayor a 100°C) y por el alto riesgo de supervivencia de bacterias patógenas que pueden afectar adversamente la salud del consumidor, se lo considera un punto crítico de control (PCC) en el plan HACCP de toda planta conservera.

Aún no se conoce con exactitud, por qué el calor mata a las bacterias, para unos la resistencia de la bacteria está ligada a la estabilidad de proteínas enzimáticas termorresistentes asociadas a las esporas bacterianas, pero la opinión más generalizada es que los gérmenes mueren por la  coagulación de sus proteínas celulares y en efecto hay abundancia de datos que demuestran, que los factores que afectan a la coagulación proteica ejercen una marcada influencia sobre la resistencia térmica de las bacterias y sus esporas.

El proceso programado o establecido es diseñado por una autoridad de PT, donde determina con los estudios de penetración de calor, los parámetros de tiempo y temperatura a los que debe someterse una conserva para alcanzar la esterilidad comercial, también establece la temperatura inicial del alimento antes de comenzar el proceso y algunos otros factores críticos.

 

3. RESISTENCIA TÉRMICA DE LOS MICROORGANISMOS  

Cualquier temperatura superior a la máxima del crecimiento ideal del microorganismo es letal. Las formas vegetativas de bacterias, levaduras y hongos se destruyen rápidamente a los 100 °C (212 °F) y normalmente no constituyen ningún riesgo en el tratamiento térmico de conservas alimenticias, pero las esporas de ciertas especies bacterianas son extremadamente resistentes al calor y para su destrucción es necesario exponerlas durante periodos prolongados de tiempo a altas temperaturas. Por ello las condiciones letales para un microorganismo no solo puede expresarse diciendo que muere a tal temperatura, sino que también es preciso señalar un tiempo efectivo de mantenimiento, definido como tiempo de exposición letal.

La cantidad de calor requerida para destruir las bacterias en un producto se puede calcular usando distintos métodos y la ciencia que la estudia es la termobacteriología, que considera en sus evaluaciones, las características de crecimiento de los microorganismos, la naturaleza del alimento en el cual los microorganismos se calientan y el tipo de alimento en el cual se permitirá crecer o metabolizar a las bacterias que han sido tratadas térmicamente.

Un método bastante usado es el del termorresistómetro que consiste en un aparato diseñado específicamente para medir el calor necesario para destruir las bacterias y sus esporas en condiciones de alta temperatura y corto tiempo. Se preparan discos o recipientes idénticos con una misma cantidad de alimento inoculado con una carga conocida del microorganismo en estudio y se introducen en la cámara de vapor del termorresistómetro, al terminar el tiempo de calentamiento se extraen los discos de la cámara de vapor para enfriarlos y luego el alimento es depositado inmediatamente en tubos que contienen un medio de cultivo bacteriológico, se incuban a la temperatura optima del microorganismo en estudio para evaluar su supervivencia.

Otro método para estudiar microorganismos que producen gas, utilizan latas 208×006 para definir tiempos de destrucción térmica, llamadas también latas TDT, la metodología es igual al ejemplo anterior, con la diferencia que al final del proceso, durante la incubación se evalúa la supervivencia del microorganismo cuando estos producen gas hinchando las latas.  

 

4. LOS VALORES D, Z Y FO CONSIDERADOS PARA LOS ESTUDIOS DE PENETRACIÓN DE CALOR  

La información recabada en los estudios de resistencia térmica de los microrganismos, define para estos, su valor D, valor Z y el Fo necesario para lograr la esterilidad comercial del alimento.

El valor D es específico para cada microorganismo o espora. Establece el tiempo en minutos y a una temperatura constante que se logra una reducción decimal de la carga microbiológica en el alimento o lo que vendría a ser lo mismo, el tiempo requerido para destruir un 90% de las bacterias presentes a una temperatura establecida en centígrados o Fahrenheit. Cuanto más alto el valor D de un microorganismo a una temperatura dada, mayor será su termorresistencia, por ejemplo a 121.1 °C (250 °F) el valor D del mesófilo C. botulinum es de 0.21 minutos y a la misma temperatura el termófilo B. Stearothermophilus posee un valor D igual a 5 minutos.

El valor Z es el número de grados centígrados o Fahrenheit requeridos para para que la curva de tiempo de destrucción térmica pueda atravesar un ciclo logarítmico y sirve para determinar en la misma curva, con que otra temperatura podemos obtener el mismo efecto letal para el microorganismo en estudio. El valor Z del Cb es cada 10 °C o su equivalente en cada 18 °F.

El valor F es el tiempo en minutos necesarios para destruir un número definido de microorganismos a una temperatura establecida. Su fórmula general es F = D (log a – log b), donde D es la resistencia del microorganismo referencial a destruir, log a es la carga inicial de este microorganismos y lob b es  la carga final. Con la fórmula se concluye que el Fo deberá ser mayor, si la bacteria es más termorresistente y también si la carga inicial de microorganismos en el alimento es mayor, para manejar esto último los procedimientos operacionales estándares de saneamiento (SSOP) deben estar bien implementados en la planta conservera. El valor Fo mínimo para el Cb, para obtener 12 reducciones decimales es de 2,52 minutos, pero en la industria se manejan valores de 4 y hasta 6 o más en el caso de conservas tropicales.

Ahora los métodos de cálculo de letalidad que se emplean mayoritariamente en los estudios de penetración de calor para las conservas alimenticias son dos, la fórmula de Ball o el método matemático que da la posibilidad de calcular procesos alternos a otras temperaturas del proceso térmico programado y el método general descrito por Bigelow que considera toda la curva de calentamiento así como la de enfriamiento para el cálculo de letalidad para el microorganismo referencial. Personalmente considero, que hay que cuidar el aporte biológico del alimento, evitando la desnaturalización de proteínas, vitaminas y otros nutrientes, por este motivo prefiero usar el método general de Bigelow para el cálculo de letalidad o Fo en los enlatados.

 

5. REALIZACIÓN DEL ESTUDIO DE PENETRACIÓN DE CALOR

Es preferible usar la preparación comercial del producto en la planta conservera para realizar las pruebas de penetración de calor, sin embargo productos preparados en laboratorio pueden ser usados para las pruebas, asegurando que el producto sea preparado en las peores condiciones razonables del caso o worst case. Como aumentar la concentración de almidón para crear un producto más viscoso, aumentar el tamaño de partícula del alimento, aumentar los pesos envasados, en productos que usan una mezcla de agua con aceite, utilizar solo aceite, toda vez que las sustancias grasosas incrementan la termorresistencia de las esporas, todas estas consideraciones ayudan a compensar inesperadas variaciones que se puedan dar en una producción ordinaria.

El tipo de termocuplas T son normalmente los sensores de temperatura elegidos para los estudios, se calibran como comentamos en la publicación anterior  y se montan habitualmente a los lados de las latas, el punto de la termocupla que va a registrar la temperatura del alimento se ubicará en el punto más frio o en la zona donde el calentamiento es más lento. Las conservas llenadas con alimentos sólidos o muy viscosos, la transmisión de calor se efectúa por conducción y se toma generalmente como el punto más frio el centro geométrico del envase o la partícula más grande del alimento, en el caso que las conservas que se hayan llenado con sopas, verduras con salmuera o donde el porcentaje de liquidos es alto, entonces la transmisión de calor se efectúa por convección y el punto frio se ubica generalmente entre el centro geométrico del envase y el fondo. Es importante señalar que las conservas calentadas por convección pueden agilizar su calentamiento y por ende acortar el tiempo de proceso, cuando propician la convección forzada agitando o rotando el envase durante el proceso térmico programado.

Cada termocupla debe identificarse con un número particular de canal en el registrador y debe corresponder al mismo número del sensor colocado al interior de cada lata, esto debe quedar documentado en el registro de ubicación de sondas para el análisis posterior, por lo menos un sensor de temperatura debe ser ubicado en el bulbo del termómetro de la autoclave. El número de latas que se usen deberá ser definido por la autoridad de PT, así también la orientación y posición del envase, el uso de láminas divisorias, temperatura inicial del producto, temperatura y tiempo de levante de la autoclave. El estudio debe continuar hasta que la lata más fría llegue a 2.77 °C (5 °F) de la temperatura de la autoclave en calentamiento por conducción o dentro de 1.11 °C (2°F) de la temperatura de la autoclave para todos los otros productos.

 

6. PRESENTACIÓN DEL ESTUDIO CON ANÁLISIS DE DATOS

El estudio de penetración de calor se presenta en un reporte escrito donde se debe registrar: la identificación de la planta conservera, día de la prueba, la identificación del estudio, individuo que dirige la prueba, descripción del autoclave, tamaño del envase, producto procesado, posibilidad de anidado de latas o nesting, pesos envasados, gráfico con la ubicación de las sondas, temperatura inicial, tiempo y temperatura del proceso, reporte de temperaturas con cálculo de Fo por cada termocupla, definición del Fo mínimo obtenido, presentación de la curva de letalidad y otra información o factores críticos que considere la autoridad de PT.

Presentar la curva de tiempo de muerte térmica del microorganismo referencial o de letalidad  (Thermal Death Time Curve) es de suma importancia, pues demuestra de manera irrefutable que el Fo o Po encontrado, cumple satisfactoriamente con la reducción decimal del microorganismo objetivo, por lo tanto la conserva evaluada es comercialmente estéril.  

La temperatura más baja o el Fo mínimo obtenido en una termocupla localizada en el punto frio de cualquiera de las conservas evaluadas, es usualmente usado para establecer la letalidad alcanzada en los procesos térmicos. Para el caso de los alimentos de baja acidez (LACF) el Fo mínimo obtenido debe ser entre 4 y 6 para C. botulinum, o lo que vendría a ser lo mismo calentar el alimento en el punto frio 121.1 °C (250 °F) por espacio de 6 minutos.