Tratamiento térmico (esterilización)

Los recipientes cerrados tienen que ser tratados para esterilizar su contenido. Esto suele realizarse mediante calentamiento durante un tiempo y con una temperatura predeterminados con exactitud en una atmósfera de vapor saturado, en agua caliente o de forma ocasional, en una mezcla de vapor y aire.

El medio utilizado para el calentamiento viene impuesto en gran parte por el tipo del envase, los que precisan una sobrepresión elevada, tales como envases de cristal y las bolsas, son tratados en agua con sobrepresión de aire, o en una mezcla de vapor y aire.

El medio más empleado para el calentamiento es vapor saturado, que transfiere calor al producto en virtud de un elevado coeficiente de transferencia térmica y alto calor latente de condensación. La ausencia de aire tiene una importancia vital y normalmente se asegura mediante un procedimiento denominado descarga, que consiste en sustituir todo el aire presente en el autoclave por vapor antes de alcanzar la temperatura de trabajo.

Para asegurar una descarga adecuada del aire tiene importancia el diseño de los autoclaves especialmente la colocación y el tamaño de los orificios de salida del aire. Cuando se introduce aire de forma deliberada como sucede en las mezclas de vapor y aire, la mezcla debe ser uniforme durante todo el proceso. Con esta finalidad se han utilizado válvulas especiales para la mezcla de vapor y aire así como también ventiladores en el autoclave.

El tratamiento térmico puede ser realizado por partidas o en autoclaves continuos, estos últimos van equipados con entradas construidas de forma especial o con cierres hidrostáticos, a través de los cuales entran y salen los recipientes de la zona de presión. Tanto en los autoclaves por partidas como continuos los recipientes pueden permanecer inmóviles durante todo el proceso, o pueden ser movidos o agitados para acelerar la penetración de calor hacia el interior y el exterior del recipiente.

Autoclaves por partidas. Los autoclaves de vapor saturado son recipientes de presión en los que son cargadas las latas, generalmente apiladas o amontonadas en cestas o carritos. Los autoclaves pueden ser verticales u horizontales. Como la descarga del aire y la distribución del vapor tienen suma importancia resulta crítico el diseño de los autoclaves, y en el NFPA Bulletin 26-L pueden encontrarse detalles sobre su diseño y funcionamiento. El Bulletin 30-L incluye detalles sobre autoclaves de sobrepresión usados para el tratamiento de envases de cristal.

Un derivado del autoclave vertical por partidas es el autoclave sin cestas que aparece en la Figura 3.15 Mediante un transportador, las latas pueden ser cargadas a través de una entrada en la parte superior del autoclave que está lleno de agua. Una vez cargado un número determinado de latas, se cierra una puerta en el transportador y, a continuación, se llena el autoclave siguiente.

El agua, que puede ser precalentada, actúa como un colchón para las latas que caen a través de la abertura superior. Una vez cerrado el autoclave penetra vapor en el mismo a través de un distribuidor situado en la parte superior que fuerza la salida del agua, que puede ser recogida, recalentada y usada en otro autoclave. Al final del proceso son descargadas las latas a través del fondo del autoclave en un canal que actúa de amortiguador, equipado con un transportador para llevarlas hacia el canal de enfriamiento.

Las latas pueden ser enfriadas con presión en el autoclave si se desea.

Los autoclaves por partidas en los que pueden ser agitadas las latas incluyen los modelos Rotamat y FMC Orbitort. Las acciones de los dos sistemas son diferentes, el Rotamat proporciona una agitación de extremo a extremo de la lata mientras que en el Orbitort las latas giran sobre sus ejes verticales. La agitación mejora la tasa de penetración del calor en muchos productos, reduciendo así los tiempos de tratamiento y permitiendo el empleo de temperaturas más elevadas.

Autoclaves continuos. Pueden ser de tipo rotatorio en el que las latas entran y salen de la zona de presión a través de válvulas giratorias de cierre propio, o de tipo hidrostático en el que las válvulas mecánicas son sustituidas por columnas de agua que equilibran la presión interna. El tipo rotatorio más utilizado es el cocedor-enfriador FMC Sterilmatic, en el que las latas son llevadas en compartimentos en la circunferencia de un tambor rotatorio.

El tambor empuja las latas a través de un carril en espiral fijado a la cara interna del cilindro, la correa de la espiral provoca el avance de las latas a través de la cámara. Se aplica una acción en tres fases:

1. rotación libre en la porción inferior del cilindro donde las latas giran en la espiral;
2. recorrido en la parte superior del tambor en el que las latas introducidas en los compartimentos son llevadas sobre un eje central, y
3. una acción de deslizamiento en la etapa de transición entre las otras dos (ver Figura 3.16). Al final de la cámara de vapor las latas son transferidas al cilindro o cilindros de enfriamiento, donde normalmente son enfriadas bajo presión.

En el cocedor-enfriador continuo Hydrolock, la agitación se logra al girar las latas sobre una lámina fija de acero inoxidable perfora da hacia la que son empujadas a través del equipo por transportadores. Los recipientes entran mediante una rueda de paletas giratoria con barras de cierre con resorte.

El agua, que sale a través de las aberturas de la lámina fina, rebosa en un vertedero hacia una línea de retorno. El sistema puede funcionar con vapor saturado como medio para calentamiento, cuando es precisa una presión elevada como sucede con los recipientes de cristal o bolsas o bandejas que pueden ser tratadas en autoclave, o con una mezcla de aire-vapor que es proporcionada y mantenida por uno o varios turbo ventiladores.

Los cocedores-enfriadores hidrostáticos constan de paletas «elevadoras » y «reductoras» que equilibran la presión interna de la cámara de vapor. Los recipientes, que pasan a través de la máquina mediante transportadores conectados a cadenas para trabajo intenso, se ven sometidos a cambios graduales de presión y de temperatura al entrar y salir de la zona de esterilización.

Además, como solamente se aplica una rotación ligera, los cocedores hidrostáticos tratan con especial cuidado tanto al producto como al recipiente. Los recipientes abandonan la paleta «reductora» parcialmente enfriados, completándose la operación de enfriamiento mediante chorros de agua. Como en la paleta de salida el agua puede mantener una temperatura apropiada para la multiplicación de termófilos, debe procederse con cuidado en el diseño y empleo de los cocedores-enfriadores hidrostáticos para evitar la multiplicación de estos microorganismos, porque puede producirse contaminación del producto ya que los recipientes son propensos a micro filtraciones en las etapas iniciales del enfriamiento.

Un esterilizador alternativo sin agitación es el «Storklave» que realiza el tratamiento térmico de los envases apilados sobre plataformas transportables que son introducidas mediante un movimiento de cremallera y piñón en una esclusa de presión, en la que se introduce vapor para expulsar el aire y presurizar la cámara con el fin de equilibrar la presión de la esclusa con la del autoclave. En la cámara del autoclave las plataformas son enganchadas por tornillos que giran lentamente elevándolas y moviéndolas a través del autoclave.

Las plataformas salen en la zona superior a través de una esclusa «reductora«, en la que se reduce la presión hasta un nivel apropiado para realizar la descarga en la torre de enfriamiento. Los recipientes son enfriados mediante agua que penetra por la parte superior de la torre y va descendiendo en cascada hasta el fondo de la misma. Como el enfriamiento se realiza en casi la mitad del tiempo preciso para la esterilización, existe un periodo de inactividad en la torre que puede ser empleado para el secado de las latas, que resulta aconsejable para reducir la alteración por filtraciones.

El Esterilizador Universal FMC está diseñado para realizar el tratamiento térmico y el enfriamiento de productos envasados en cualquier tipo de recipiente, sea cual sea su forma, tamaño y método de fabricación. Consta de una cámara de presión alineada horizontalmente, con una exclusa en cada extremo para entrada y salida de carretillas que alojan a los recipientes en bandejas de acero inoxidable. Cada carretilla es transferida automáticamente a la esclusa de entrada donde los recipientes son precalentados con agua caliente y se ajusta su presión externa a la de la cámara principal.

La carretilla se mueve sobre un riel a través de la cámara de presión en la que cae agua caliente sobre los recipientes. Una característica nueva es la forma en que penetra el agua en la parte superior de la cámara de presión y va directamente a la carretilla para caer bien horizontal o verticalmente sobre los recipientes. El agua no llena la cámara de presión. La esclusa de descarga permite el enfriamiento a presión de los recipientes, aunque el enfriamiento final se realiza fuera de la cámara. La posibilidad de regular la sobrepresión en la cámara determina que el sistema sea adecuado para el tratamiento de bolsas flexibles, bandejas o recipientes de cristal.

Esterilización con llama. Este método, que actúa mediante la aplicación directa de llamas de gas sobre el exterior de los recipientes que giran durante el tratamiento, ha servido para realizar el tratamiento térmico de productos enlatados tales como las setas. Una etapa esencial de este proceso se realiza en la sección de precalentamiento, en la que por medio de vapor a la presión atmosférica se eleva la temperatura del contenido hasta un nivel mínimo uniforme.

Los líquidos poco densos, o los sólidos envasados con dichos líquidos, son productos idóneos para la esterilización con llama. Con estos productos el calor es transferido rápidamente hacia el contenido de la lata y pueden realizarse tratamientos con elevada temperatura y corta duración (HTST). El equipo más antiguo Steriflamme ha sido descrito por Beauvais y los equipos más modernos como el esterilizador de llama CSIRO por Casimir. Leonard y col. estudiaron los principios y la teoría de la esterilización con llama, y más recientemente ha sido revisado el proceso por Richardson. López describe con detalle diferentes métodos de esterilización.

Esterilización por microondas. El empleo de microondas para la esterilización de alimentos resulta atractivo y fue aconsejado por Benjamin y Ecklund en los inicios del calentamiento por microondas. La esterilización continua de alimentos en bolsas de plástico en un túnel de microondas fue investigada por Kenyon y col. y por Ayoub y col. en los laboratorios de US Army Natick.

Estos y otros estudios han demostrado que resulta difícil conseguir una esterilidad fiable debido a que la distribución de la temperatura no es uniforme. Los investigadores de SIK y Alfa-Laval AB creen que algunas de estas irregularidades, por ejemplo, el calentamiento excesivo de rincones y ángulos, puede evitarse introduciendo los envases que contienen los alimentos en agua durante el tratamiento con microondas. Este método ha sido incorporado en el proceso Alfastar Multitherm.

Fuente: Apuntes de Industrialización de frutas y hortalizas de la UNIDEG