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UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE
INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA
/
DE LOS ALIMENTOS (ICYTAL)
ASIGNATURA :
PROFESOR
:
Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
Elton F. Morales Blancas
UNIDAD 7 :
CINÉTICA DE REACCIÓN Y PROCESOS_ TÉRMICOS
GUIA DE PROBLEMAS
1.
Con los siguientes datos experimentales que describen la pérdida de caroteno en zanahorias a 135 °C:
Tiempo
(min)
2,0
6,0
9,0
15,0
22,0
Caroteno retenido
(%)
93
88
79
66
51
a) ¿Qué orden de reacción siguen los datos experimentales?.
b) Determine la constante de velocidad de reacción.
2. Determinar la constante de velocidad de reacción (K) para la descripción de la velocidad de destrucción de esporas
bacterianas a 115 °C a partir de los siguientes datos experimentales:
Tiempo
(min)
0
5
10
15
20
25
Concentración
(esporas/g)
106
2,8 x 105
7,8 x 104
2,2 x 104
6,1 x 103
1,7 x 103
3. La influencia de la temperatura sobre la velocidad de destrucción de las esporas bacterianas se ilustra mediante los siguientes
datos experimentales.
Temperatura
(°C)
105
107
110
113
116
S-1
0,00061
0,00114
0,00222
0,00412
0,00758
a) Determinar la energía de activación involucrada en la descripción de esta reacción.
b) Calcule Q10 y Z.
4. Durante la degradación del ácido ascórbico en un jugo de naranja en conserva se obtuvo los siguientes resultados:
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Ingeniería de Procesos III (ITCL 234)
Elton F. Morales Blancas
Temperatura
(°C)
29,4
37,8
46,1
a)
b)
c)
K
(M/día)
0,00112
0,0026
0,0087
Calcular la Energía de Activación Ea.
Calcule el valor de Q10 y Z.
Determine el valor de D a 33 °C y 42 °C
Nota:
M = Molar
5. Un estudio cinético indicó que la destrucción de lisina a diferentes temperaturas de calentamiento sigue una reacción de
segundo orden y se obtuvo los siguientes datos experimentales:
Temperatura
(°C)
K
(M-1/s)
130
160
1,54 x 10-4
13,16 x 10-4
donde K es la constante cinética.
a) Calcule Ea, Q10 y Z.
b) Determine el valor de K a 145°C.
6.
El valor de F a 121,1°C equivalente a una inactivación del 99,999% de una cepa del C. botulinum es 1,2 min. Calcular el
valor Do de este microorganismo.
7.
El valor esterilizante de un proceso (Fo) ha sido igual a 2,88 min. Si cada lata contiene 10 esporas de un microorganismo
con un Do = 1,5 min, calcular la probabilidad de esporular de este microorganismo. Asuma que el valor Fo fue calculado
utilizando el mismo valor de Z para el microorganismo.
8.
La carga de esporas más probable en un alimento enlatado es 100. Calcule un valor de Fo para que un proceso térmico tenga
una probabilidad de esporulamiento de 1 en 100.000. Asuma un valor de Do=1,5 min. Si bajo las mismas condiciones el C.
botulinum tipo B tiene un Do=0.2 min, ¿el valor Fo calculado satisfacería el tratamiento mínimo 12D para el C.
botulinum.?. Asuma una carga de esporas iniciales de 1 por tarro para el C. botulinum.
9.
Se calculó un proceso tal que la probabilidad de esporular de un microorganismo con un valor Do = 1 min es 1 en 100.000 a
partir de una carga de esporas iniciales de 100. Para verificar este proceso, se realiza una inoculación a una conserva.
Calcular el nivel de inóculo de un microorganismo con un valor de Do=1,5 min que debe utilizarse en 100 tarros tal que la
tasa de esporulamiento de 5 tarros sea equivalente en letalidad al proceso calculado.
10. En una incidencia de esporulamiento se encontró que el microorganismo esporulado aislado tiene un valor Do de 1,35 min.
Se desea que la probabilidad de esporulamiento de este microorganismo sea 1 en 100.000. Las cargas de esporas iniciales
fueron genralmente del orden de 10 por tarro. Calcular el Fo requerido para este proceso para alcanzar la probabilidad de
esporulamiento deseada. Si una conserva se inocula con FS1518 con un nivel de inoculación de 5x105 esporas. Los tarros
contienen 200 g de producto, ¿Cuál será el recuento de esporas en el producto procesado tal que la letalidad recibida por los
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contenidos de los tarros será equivalente a aquella alcanzada por el proceso deseado para eliminar el esporulamiento de los
microorganismos aislados?. Do del FS1518 es 2,7 min.
11. Los siguientes datos fueron registrados en una prueba de penetración de calor sobre un alimento enlatado para la
determinación del proceso térmico:
Tiempo (min)
Temp. ( °F)
Tiempo (min)
Temp. ( °F)
0
3
5
10
15
20
25
30
128
128
139
188
209
229
238
242
35
40
45
50
55
60
65
70
245
243
240
235
185
145
120
104
La temperatura de procesamiento fue 250 °F y el tiempo come-up (CUT) fue 2 min. La temperatura del agua de
enfriamiento fue 60 °F. Calcular:
a) Los valores de fh, fc, jh y jc
b) El Fo del proceso por los métodos gráficos (original y mejorado), de Stumbo y de Hayakawa.
c) El tiempo de procesamiento y el tiempo total para un Fo requerido de 5 min y Z=18 °F; y para un F240 = 16 min y Z=
16 °F. Utilizar los métodos gráficos original y mejorado, los métodos fórmula de Stumbo y Hayakawa.
d) Si éste producto es procesado desde una temperatura inicial de 150 °F a 248 °F, ¿Cuánto tiempo después que la
temperatura de la retorta alcanza 248 °F debe llevarse a cabo el proceso antes que la llave del agua de enfriamiento se
abra si la temperatura final del tarro al tiempo de enfriamiento debe estar a 2 °F de la temperatura de la retorta?.
e) Si el proceso se lleva a cabo a 252 °F, desde una temperatura inicial del producto de 120 °F, calcular un tiempo de
proceso tal que un microorganismo con un valor de Do = 1,5 min y un valor de Z de 16 °F tendrá una probabilidad de
esporulamiento de 1 en 10000 desde una carga de esporas inicial de 100/tarro.
12. a) Un alimento en un tarro de 303 x 407 tiene un fh = 8 min y un jh = jc = 0,9. Para una temperatura inicial de 80 °F y
una temperatura de retorta de 250 °F, calcular el tiempo de proceso B. Usar un Fo = 6 min y Z = 18 °F. Utilizar el
método de Stumbo y Hayakawa.
b) El producto en la parte (a) es procesado en una retorta estacionaria (por batch), y toma 5 minutos para alcanzar la
temperatura de trabajo de 250°F desde que se abre la llave de vapor. ¿Cuantos minutos después de abrir la llave de
vapor debe cerrarse?.
c) En una de las retortas (autoclaves) donde se procesaron los enlatados, hubo un cambio en las condiciones de proceso y
la carta de registro de la temperatura de retorta mostró lo siguiente:
Tiempo (min)
Temperatura de Autoclave (°F)
0
3
10
Salto repentino desde 210 °F hasta 250 °F a los
10 min.
15
16
70
210
210
250
Cierre la llave de vapor y abertura de la llave de
agua.
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Cuál es el Fo de este proceso?. La temperatura inicial del producto enlatado fue 80 °F.
NOTA:
Utilizar el método de Stumbo y Hayakawa.
13. Un proceso para conservar rebanadas de hongos en latas 303x404 en el archivo de la Food and Drug Administration
especifica un procesamiento de 252 °F por 26 min desde una temperatura inicial de 110 °F. Una de la latas esporuladas del
lote producido fueron analizadas microbiológicamente y se encontró que contenía microorganismos formadores de esporas.
Datos de Archivo para productos similares muestran valores de jh entre 0,98 y 1,15 y valores de fh en el rango de 14 a 18
min.
a) El proceso del archivo sería adecuado para proveer al menos una reducción 12D de las esporas del C. botulinum
(D=0,25 min; Z=18°)?.
b) Si las esporas de otro microorganismo tienen un valor de Do=1,1 min y un valor de Z=16°F, ¿Cuál habría sido el
número inicial de microorganismos en el tarro para que resulte en una probabilidad de esporulamiento de 1 en 10.000
después del proceso?.
NOTA:
Utilizar el método de Stumbo y Hayakawa.
14. Una unidad Indicadora Biológica (BIU) que consiste de un tubo delgado de vidrio el cual contiene una suspensión de
esporas se instaló en el centro geométrico de un tarro para verificar la validez de un proceso térmico para un alimento
enlatado. El alimento enlatado tiene un fh =28 min y un valor de jh de 2,0. De las 1000 esporas originalmente en el BIU,
un análisis después del proceso mostró una sobrevivencia de 12 esporas. Las esporas en el BIU tiene un Do de 2.3 min y un
valor de Z= 16 °F. El proceso fue llevado a cabo a 248 °F desde una temperatura inicial de 160 °F. Calcular:
a)
b)
c)
El valor de Fo en el centro geométrico del tarro.
El tiempo de proceso y el tiempo total.
El valor esterilizante del proceso, expresado como un número de reducciones decimales del C. botulinum el cual
tiene un valor de Do de 0,21 min y un valor de Z de 18 °F.
NOTA:
NOTA GENERAL:
EFMB/efmb
Utilizar el método de Stumbo y Hayakawa.
Puede hacer las suposiciones que estime conveniente si es necesario para resolver algunas de las
preguntas (11 – 14) siempre y cuando sean lógicas e indispensables para la solución del problema
respectivo.