Estudos de Validação Térmica de Conservas de Alimentos em Recipientes Metálicos. Penetração de calor

Como mencionámos na publicação anterior, os estudos de validação térmica realizados em fábricas de conservas são obrigatórios e exigidos em auditorias externas realizadas por algumas acreditações que promovem a segurança alimentar, tais como BRC, IFS, HSEQ, FSSC 22000, etc., e são também solicitados pelas autoridades internacionais de controlo sanitário, incluindo a Food and Drug Administration (FDA), European Food Safety Authority (EFSA), EU, UK, DIPOA, SENASA e outras.

Estes estudos fazem parte do processo de verificação do plano HACCP implementado nas fábricas de conservas e garantem que alimentos enlatados pasteurizados ou esterilizados, especialmente alimentos enlatados com baixo teor de ácido (LACF), tais como carne, peixe, marisco, espargos, ervilhas, feijões, milho, figos, leite e outros, com um pH final estabilizado superior a 4.5, completaram satisfatoriamente a sua esterilidade comercial e não há risco de Clostridium botulinum nos alimentos, uma vez que este microrganismo é o produtor da toxina botulínica que pode causar a morte do consumidor.

Os estudos de validação térmica devem ser realizados por uma autoridade de Processos Térmicos (TP), que é uma pessoa ou organização com conhecimento profundo dos requisitos ou exigências para que o tratamento térmico de géneros alimentícios enlatados seja completamente seguro para o consumidor, bem como possuir o equipamento e a perícia necessários para realizar tais determinações de processo.

Há dois estudos principais, o estudo de Distribuição de Calor, que é realizado no equipamento de aquecimento ou esterilizadores, que desenvolvemos na publicação anterior de Março de 2022, e o estudo de Penetração de Calor, que é realizado directamente nos alimentos, que se encontra dentro de recipientes metálicos hermeticamente fechados, que discutiremos a seguir.

1. O ESTUDO DA PENETRAÇÃO DO CALOR

É um método científico para determinar os níveis de esterilidade comercial ou Fo que é alcançado

numa reserva alimentar durante o tratamento térmico programado. Este estudo é específico para cada tamanho de lata, de acordo com o pH final estabilizado do alimento e concebido para destruir um microorganismo particular que pode crescer nesse ambiente causando uma doença de origem alimentar (FBD), que infecta, intoxica, ou pior pode levar à morte do consumidor, com uma séria consequência para a saúde pública.

Entre as EET mais comuns encontram-se botulismo, gastroenterite, listeriose causada por Listeria monocytogenes, salmonelose causada por Salmonella Sp, cólera, hepatite, etc. Agora tendo em conta que o botulismo é a EET mais grave que pode ocorrer na produção industrial e artesanal de alimentos enlatados, iremos considerar neste artigo Clostridium botulinum (Cb) como uma referência para definir alguns conceitos, tais como valor D, valor z, Fo mínimo, métodos de cálculo, curvas de destruição térmica, análise de dados, níveis de esterilidade comercial e outros tópicos que serão oportunamente discutidos.

2. O TRATAMENTO TÉRMICO OU O PROCESSO PROGRAMADO

As latas no processo de produção de conservas, depois de enchidas com alimentos, líquidos, evacuadas e seladas para alcançar a estanqueidade ao ar, são aquecidas durante um tempo e temperatura pré-determinados, utilizando algum meio de aquecimento, que pode ser vapor saturado sob pressão, água quente, ou uma mistura de ambos, para alcançar a estabilidade microbiológica dos alimentos ou esterilidade comercial (FDA, USDA), que é definida como a condição alcançada num alimento enlatado pela aplicação de calor para produzir um produto livre de microrganismos capaz de se reproduzir nos alimentos em condições normais de armazenamento e distribuição comercial sem refrigeração.

O tratamento térmico dos alimentos enlatados, dependendo da temperatura a que o meio de aquecimento atinge, pode ser definido como pasteurizado (abaixo de 100 °C / 212 °F) ou esterilizado (acima de 100 °C) e devido ao elevado risco de sobrevivência de bactérias patogénicas que podem afectar negativamente a saúde do consumidor, é considerado um ponto crítico de controlo (CCP) no plano HACCP de qualquer instalação de enlatamento.

Para alguns, a resistência das bactérias está ligada à estabilidade das proteínas enzimáticas resistentes ao calor associadas aos esporos bacterianos, mas a opinião mais generalizada é a de que os germes morrem por coagulação das suas proteínas celulares, e de facto há uma riqueza de dados que mostram que os factores que afectam a coagulação das proteínas exercem uma influência marcada na resistência ao calor das bactérias e dos seus esporos.

O processo programado ou estabelecido é concebido por uma autoridade PT, onde determina com estudos de penetração de calor, o tempo e os parâmetros de temperatura a que um alimento enlatado deve ser submetido para atingir a esterilidade comercial, estabelece também a temperatura inicial do alimento antes de iniciar o processo e alguns outros factores críticos.

3. RESISTÊNCIA TÉRMICA DOS MICRORGANISMOS

Qualquer temperatura acima da temperatura máxima ideal de crescimento do microrganismo é letal. As formas vegetativas de bactérias, leveduras e fungos são rapidamente destruídas a 100 °C (212 °F) e normalmente não representam um risco no tratamento térmico dos alimentos enlatados, mas os esporos de certas espécies bacterianas são extremamente resistentes ao calor e requerem uma exposição prolongada a temperaturas elevadas para serem destruídos. Portanto, as condições letais para um microrganismo não podem ser expressas apenas dizendo que ele morre a tal temperatura, mas é também necessário indicar um tempo de manutenção eficaz, definido como tempo de exposição letal.

A quantidade de calor necessária para destruir bactérias num produto pode ser calculada utilizando diferentes métodos e a ciência que a estuda é a termobacteriologia, que considera nas suas avaliações as características de crescimento dos microrganismos, a natureza dos alimentos em que os microrganismos são aquecidos e o tipo de alimento em que as bactérias que foram tratadas termicamente serão autorizadas a crescer ou metabolizar.

Um método amplamente utilizado é o termómetro, que é um dispositivo especificamente concebido para medir o calor necessário para destruir bactérias e os seus esporos em condições de temperatura elevada e de tempo curto. Discos ou recipientes idênticos são preparados com a mesma quantidade de alimentos inoculados com uma carga conhecida do microrganismo em estudo e introduzidos na câmara de vapor do termoresistómetro. No final do tempo de aquecimento, os discos são retirados da câmara de vapor para os arrefecer e depois os alimentos são imediatamente colocados em tubos contendo um meio de cultura bacteriológica e incubados à temperatura óptima do microrganismo em estudo para avaliar a sua sobrevivência.

Outro método para estudar microrganismos produtores de gás, utilizando latas 208×006 para definir tempos de destruição térmica, também chamadas latas TDT, a metodologia é a mesma do exemplo anterior, com a diferença de que no final do processo, durante a incubação, a sobrevivência do microrganismo é avaliada quando este produz gás através do inchaço das latas.

4. OS VALORES D, Z E FO CONSIDERADOS PARA OS ESTUDOS DE PENETRAÇÃO DE CALOR

A informação recolhida nos estudos de resistência térmica dos microrganismos define para eles o seu valor D, o valor Z e o Fo necessários para alcançar a esterilidade comercial dos alimentos.

O valor D é específico para cada microrganismo ou esporo. Estabelece o tempo em minutos e a uma temperatura constante que se consegue uma redução decimal da carga microbiológica nos alimentos, ou seja, o tempo necessário para destruir 90% das bactérias presentes a uma temperatura definida em Celsius ou Fahrenheit. Quanto mais alto for o valor D de um microrganismo a uma dada temperatura, maior será a sua termorresistência, por exemplo a 121,1 °C (250 °F) o valor D do botulinum mesofílico C. é 0,21 minutos e à mesma temperatura o termófilo B. Stearothermophilus tem um valor de D igual a 5 minutos.

O valor Z é o número de graus Celsius ou Fahrenheit necessário para que a curva do tempo de destruição térmica atravesse um ciclo logarítmico e serve para determinar na mesma curva, a que outra temperatura podemos obter o mesmo efeito letal para o microrganismo em estudo. O valor Z de Cb é cada 10 °C ou o seu equivalente em cada 18 °F.

O valor F é o tempo em minutos necessário para destruir um número definido de microrganismos a uma temperatura definida. A sua fórmula geral é F = D (log a – log b), onde D é a resistência do microrganismo de referência a ser destruído, log a é a carga inicial deste microrganismo e lob b é a carga final. Da fórmula conclui-se que o Fo deve ser mais elevado, se as bactérias forem mais resistentes ao calor e também se a carga inicial de microrganismos nos alimentos for mais elevada, para gerir estes últimos os procedimentos operacionais padrão de saneamento (SSOP) devem ser bem implementados na fábrica de conservas. O valor mínimo de Fo para Cb, para obter 12 reduções decimais, é de 2,52 minutos, mas na indústria são utilizados valores de 4 e mesmo 6 ou mais no caso de conservas tropicais.

Existem agora dois métodos principais de cálculo da letalidade utilizados em estudos de penetração de calor para alimentos enlatados, a fórmula Ball ou o método matemático que dá a possibilidade de calcular processos alternativos a outras temperaturas do processo térmico programado e o método geral descrito por Bigelow que considera toda a curva de aquecimento, bem como a curva de arrefecimento para o cálculo da letalidade do microrganismo de referência. Pessoalmente, considero que a contribuição biológica dos alimentos deve ser cuidada, evitando a desnaturação de proteínas, vitaminas e outros nutrientes, por esta razão prefiro utilizar o método geral de Bigelow para o cálculo da letalidade ou Fo nos alimentos enlatados.

5. REALIZAÇÃO DO ESTUDO SOBRE A PENETRAÇÃO DO CALOR

É preferível utilizar a preparação comercial do produto na fábrica de conservas para testes de penetração de calor, no entanto os produtos preparados em laboratório podem ser utilizados para testes, assegurando que o produto é preparado nas piores condições possíveis. Tais como o aumento da concentração de amido para criar um produto mais viscoso, o aumento do tamanho das partículas da ração, o aumento dos pesos embalados, em produtos que utilizam uma mistura de água e óleo, utilizando apenas óleo, uma vez que as substâncias gordas aumentam a resistência térmica dos esporos, todas estas considerações ajudam a compensar as variações inesperadas que podem ocorrer na produção normal.

Os termopares do tipo T são normalmente os sensores de temperatura de escolha para os estudos, são calibrados conforme discutido na publicação anterior e são normalmente montados na lateral das latas, o ponto do termopar que registará a temperatura dos alimentos será localizado no ponto mais frio ou na área onde o aquecimento é mais lento. No caso de conservas cheias de alimentos sólidos ou muito viscosos, a transferência de calor é por condução e o ponto mais frio é geralmente o centro geométrico do recipiente ou a maior partícula de alimento. No caso de conservas cheias de sopas, vegetais com salmoura ou onde a percentagem de líquidos é elevada, a transferência de calor é por convecção e o ponto mais frio situa-se geralmente entre o centro geométrico do recipiente e o fundo. É importante notar que os alimentos enlatados aquecidos por convecção podem ser aquecidos mais rapidamente e assim encurtar o tempo de processamento, quando a convecção for forçada é conseguida por agitação ou rotação do recipiente durante o processo térmico programado.

Cada termopar deve ser identificado com um determinado número de canal no registador e deve corresponder ao mesmo número do sensor colocado dentro de cada lata, isto deve ser documentado no registo de localização da sonda para análise subsequente, pelo menos um sensor de temperatura deve estar localizado na lâmpada termométrica da autoclave. O número de latas a utilizar deve ser definido pela autoridade PT, bem como a orientação e posição do recipiente, a utilização de folhas divisórias, temperatura inicial do produto, temperatura e tempo de elevação do autoclave. O estudo deve continuar até o mais frio poder atingir 2,77 °C (5°F) da temperatura da autoclave no aquecimento da condução ou até 1,11 °C (2°F) da temperatura da autoclave para todos os outros produtos.

6. APRESENTAÇÃO DO ESTUDO COM ANÁLISE DE DADOS

O estudo de penetração de calor é apresentado num relatório escrito que deve registar: identificação da fábrica de conservas, dia do teste, identificação do estudo, indivíduo que realiza o teste, descrição do autoclave, tamanho do recipiente, produto processado, possibilidade de nidificar latas ou ninhos, pesos embalados, gráfico com a localização das sondas, temperatura inicial, tempo e temperatura do processo, relatório de temperatura com cálculo de Fo para cada termopar, definição do Fo mínimo obtido, apresentação da curva de letalidade e outras informações ou factores críticos considerados pela autoridade PT.

Apresentar a curva do tempo de morte térmica do microrganismo referencial ou curva de letalidade (Curva do Tempo de Morte Térmica) é da maior importância, pois demonstra irrefutavelmente que o Fo ou Po encontrado, cumpre satisfatoriamente a redução decimal do microrganismo alvo, pelo que o produto enlatado avaliado é comercialmente estéril.

A temperatura mais baixa ou mínima Fo obtida num termopar localizado no ponto frio de qualquer dos produtos em conserva avaliados é geralmente utilizada para estabelecer a letalidade alcançada nos processos térmicos. Para alimentos pouco ácidos (LACF) o Fo mínimo obtido deve estar entre 4 e 6 para C. botulinum, ou seja, aquecer o alimento até ao ponto frio 121,1 °C (250 °F) durante 6 minutos.