Altas presiones Hidrostaticas en Alimentos

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Procesamiento de alimentos con Altas Presiones Hidrostáticas y campos electromagnéticos

CURSO:

DOCENTE:

CICLO:

INTEGRANTES:

COLONIA PALACIOS, Tessy E.

PONCE RISCO, Lucia E.

SIFUENTES PORCEL, Betsy Y.

VIERA LEANDRO, Shenna I.

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AGROINDUSTRIA PROC.DE ALIMENTOS

I. Tratamientos de alimentos por altas presiones hidrostática

I.1. Antecedentes históricos

El potencial de la alta presión (AP) para conservar alimentos se conoce desde

finales del siglo XIX. Suutilidad en este campo fue señalada por el equipo de Bert

H. Hite a partir de los estudios iniciados enel año 1899 sobre los efectos de las altas

presiones en la conservación de leche, carne y zumos defrutas. Durante mucho

tiempo, los problemas tecnológicos derivados de la manipulación a tanelevadas

presiones supusieron un freno para el desarrollo de esta técnica, pero gracias a los

avances enla utilización de técnicas de alta presión en la industria cerámica y

metalúrgica realizados durante losaños setenta y ochenta se abrió la posibilidad de

tratar alimentos por este método a escala industrial.

En la década de los ochenta, la universidad y la industria japonesas, apoyadas por el

Ministerio deAgricultura, fueron pioneras en el desarrollo de la AP para su

aplicación en la industria alimentaria. Elprimer fruto de esta investigación fue la

comercialización, en abril de 1990, de mermelada tratada por AP. Esta iniciativa fue

seguida por la comercialización de otros productos, avalada por un interéscreciente

de los consumidores, que valoran las características organolépticas de los productos

tratados por presión, ya que los asocian a productos naturales y con muy poca

transformación. En 1998, unaindustria de Estados Unidos inició la comercialización

de ensalada de aguacate tratado por AP,mientras que, en Europa, Francia y España

también lanzaban al mercado productos tratados por estatécnica. Utilizando el

tratamiento de AP se obtienen productos cuyas vitaminas, así como los

sabores,aromas y colores naturales se conservan casi intactas. El alimento, a pesar

de haber sido procesado, esmuy parecido al natural, y es justamente eso lo que los

consumidores prefieren.

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I.2. Definición del proceso

Se entiende por alta presión la tecnología con la que se tratan los materiales a

presiones entre los 100 y 1.000 MPa. Puesto que el medio utilizado para transmitir

la presión suele ser agua, el tratamiento dealtas presiones también suele llamarse

alta presión hidrostática (APH). Al incrementar la presión seproduce un descenso

en el volumen del agua, pero muy pequeño en comparación con el descenso

devolumen que pueden experimentar los gases. El descenso de volumen del agua es,

aproximadamente, del 4% a 100 MPa, del 7% a 200 MPa y del 11,55% a 400 MPa,

a una temperatura de 22ºC.

Es importante destacar que la presión aplicada se transmite de manera isostática

(uniforme) y casiinstantánea a todos los puntos del alimento, independientemente de

su composición, tamaño y forma.Ello evita la deformación del producto, a pesar de

estar sometido a tan altas presiones, y hace que éstesea muy homogéneo y no

presente zonas sobretratadas. Una vez presurizado, no es necesario aportar más

energía para mantener el sistema a esta presión, ya que no se producen pérdidas.El

comportamiento de los sistemas bioquímicos bajo presión está gobernado también

por el principiode Le Chatelier, que postula que la AP favorece las reacciones que

implican una disminución devolumen y retarda aquellas en los que el volumen

aumenta.Debido a que la AP se utiliza para mejorar la calidad microbiológica y las

característicasfisicoquímicas y sensoriales, se deben seleccionar las condiciones de

tratamiento más adecuadas, en función del objetivo prioritario. Como ya hemos

dicho, las presiones utilizadas eneralmente en eltratamiento de alimentos por AP

acostumbran a estar entre 100 y 1.000 MPa. El tiempo de aplicaciónde la presión

puede oscilar entre unos pocos minutos y algunas horas, y la temperatura de

tratamientopuede ir de los –20 a los 90ºC.

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Altas presiones

Sistemas de compresión directa

I.3.Campo de aplicación

Entre los nuevos métodos de conservación de los alimentos, la AP esprobablemente

la tecnología másdesarrollada comercialmente. El atractivo principal de esta

tecnología es que, al poderse realizar eltratamiento a temperatura ambiente, se

conservan los parámetros de calidad del producto original. Cuando un alimento es

sometido a AP se observan principalmente los efectos siguientes: modificacióndel

volumen del sistema, modificación de la estructura del almidón y las proteínas,

modificación de la actividad enzimática e inactivación de los microorganismos.

La aplicación de altas presiones (entre 100 – 1000 MPa) a los alimentos ha

despertado en los últimos años un enorme interés. Actualmente, existen dos

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procedimientos: la presión dinámica, todavía no utilizado a nivel industrial y la

presión estática, que es la que hoytiene aplicación práctica.

En la alta presión dinámica el incremento de presión se origina enun tiempo muy

corto (milésimas de segundo) como consecuencia de unaexplosión que genera una

onda de choque (> 100 MPa), denominadaonda de choque hidrodinámica. Esta

tecnología consigue la inactivaciónde microorganismos y el ablandamiento de

ciertos tejidos, como carne,por ruptura de la estructura celular. Este procedimiento

(HydrodyneProcess, HDP) se encuentra en fase de estudio y desarrollo.

La utilización de altas presiones hidrostáticas se rige, fundamentalmentepor dos

principios:

a) Le Chatelier, enuncia que cualquier fenómeno (reacciones químicas, cambios

moleculares, etc.), que va acompañado de disminución de volumen sufre un

incremento al aumentar la presión, y viceversa

b) la ley de Pascal, según la cual una presión externa aplicada a un fluido confinado se

transmite de forma uniforme e instantánea en todas las direcciones.

De acuerdo con esteúltimo principio, esta tecnología puede aplicarse directamente a

alimentoslíquidos o a cualquier producto envasado sumergidos en un fluido

depresurización (de baja compresibilidad).

La presión aplicada al sistemapermitiría un tratamiento isostático y uniforme

independientemente deltamaño, forma y volumen del material procesado.

Cuando los alimentos se tratan en su envase, éste debe ser flexible y deformable (ha

de tolerar reducciones de volumen de hasta un 15%).

Es especialmente importante la evacuación de los gases del interior paraevitar que

su compresión reduzca la eficacia de la presurización.

Los equipos de alta presión hidrostática empleados en el procesadode alimentos

están formados, fundamentalmente, por una cámara depresurización (cilíndrica de

acero de elevada resistencia), un generadorde la presión (generalmente un sistema

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de bombeo constituido por una bomba hidráulica y un sistema multiplicador de

presión) y un sistemade control de temperatura. En la actualidad existen equipos de

funcionamientodiscontinuo (los más utilizados) y semicontinuos. En los

primeros,los alimentos (líquidos o sólidos) envasados se colocan en el interior dela

cámara de presurización. El sistema de bombeo irá sustituyendo el aire de la cámara

por el fluido de presurización hasta su total llenado yposteriormente, incrementará

la presión hasta los niveles establecidos.

Una vez alcanzada la presión deseada, una válvula que cierre el circuito,permitirá su

mantenimiento, sin necesidad de aporte adicional de energía,el tiempo estipulado.

Los sistemas semicontinuos pueden utilizarse paratratar productos líquidos no

envasados. En este caso, es habitual, que lapresión se comunique al producto de

manera directa a través de un pistónmóvil. Una vez presurizado el producto se

envasa asépticamente.

I.3.1. Pasteurización y esterilización a temperaturas moderadas

Pasteurización de productos ácidos/acidificados

(Zumos, purés, mermeladas, salsas,…)

Reducción de la carga microbiana de productos debaja acidez (mayor vida útil)

(lácteos, pescado y marisco, huevo, carnes, platospreparados,…)

Esterilización (altas presiones a temperatura elevada)(bebidas, leche, foiegras,

platos preparados, …)

I.3.2. Modificación de proteínas

Reestructurado y texturizarían

Tindalización de carnes

Inactivación de enzimas y toxinas

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I.4.El efecto de las altas presiones hidrostáticas

Puede resumirse en los siguientes puntos:

disminución de la síntesis de ADN, aumento de la permeabilidad de las membranas

celulares, desnaturalización de biopolímeros y proteínas, incluida inactivación de

enzimas, por cambios en la estructura intramolecular (>300 MPa). Estos hechos,

pueden afectar, en mayor o menor grado, la viabilidad de los microorganismos y

otros agentes alterantes así como modificarlos componentes de los alimentos y

cambiar las características organolépticas de los mismos.

La sensibilidad de los microorganismos a la aplicación de alta presión hidrostática

(barosensibilidad) depende de múltiples factores, siendo objeto de múltiples

investigaciones. En cuanto a los efectos en los componentes y características de los

alimentos, en las condiciones habituales de procesado, no se afectan enlaces

covalentes y puede decirse que no se alteran los aromas ni el valor nutritivo de los

alimentos. Sin embargo, sí que se pueden producir cambios de color y de

apariencia, y modificaciones en los atributos de textura, aunque los efectos varían

de unos alimentos a otros.

Aunque inicialmente la aplicación de altas presiones hidrostáticasse realizó,

fundamentalmente, con fines de conservación,diversas investigaciones han puesto

en evidencia su enorme potencialde transformación en la elaboración de diversos

productos. Comosistema de conservación, se han conseguido resultados

equivalentes auna pasterización térmica en diversos productos con tratamientos de

400 – 500 MPa, durante varios minutos. Sin embargo, el umbral deesterilización no

está bien definido en muchos casos. Se han probadodistintas estrategias para

incrementar la eficacia, así se han ensayadoprocesos combinados de presurización

(> 400 MPa) con tratamientostérmicos suaves (esterilización a baja temperatura) y/o

agentes como bacteriocinas (lisozima, nisina) y lactoferrina.

En el mercado pueden encontrase productos presurizados comomermeladas

(primeros comercializados a partir de 1990 en Japón),zumos, jaleas,

concentrados y purés de frutas, postres (en paísescomo Japón, USA,

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Alemania), patés (por ejemplo en Francia), productoslácteos (en Reino

Unido), derivados cárnicos curados y cocidosloncheados y preparados listos para su

consumo (en España). En diversasinvestigaciones se ha comprobado su eficacia en

la prevenciónde intoxicaciones por V. parahaemolyticusen la comercialización

deostras, favoreciéndose además su apertura y potenciando el sabor.

Enovoproductos, permiten el control de Salmonella spp, sin afectación desus

propiedades funcionales.

Así mismo, esta tecnología acelera la difusión desolutos en diversos alimentos, la

solubilización de gases y los procesosde extracción. La posibilidad de utilizar altas

presiones para manteneralimentos a temperaturas inferiores a 0 ºC en estado de

líquido (a 207,5MPa, el agua permanece liquida a temperaturas de -22ºC) o para

induciruna congelación y descongelación ultra-rápida constituye un nuevo

yprometedor campo de estudio y aplicación en la Industria Alimentaria.

En la actualidad, se utilizan fundamentalmente dos procedimientos decongelación a

alta presión (asistida por presión y por cambio bruscode presión), el más extendido

consiste esencialmente en una rápidadescompresión de 1000 a 200 MPa a una

temperatura de –10 ó –20°C.

De esta forma se promueve la formación de microcristales de hielomenos lesivos

para la estructura del alimento.Al final se consigue el objetivo pretendido: Un

producto con mejores características organolépticas y con una conservación más

extendida en el tiempo.

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I.5. Alimentos sometidos a presión hidrostática

En nuestros supermercados encontramos varios productos que han podido ser tratados así,

como por ejemplo:

El jamón cocido

mermeladas de frutas

zumos

gelatinas

salsas

almejas

Incluso se utiliza para disminuir el periodo de maduración de algún queso.La verdad es que

presenta ventajas en cuanto a su conservación y aunque siga suponiendo un incremento

(pequeño) en el precio final del producto, la optimización de los equipos de producción

hará que el sobrecoste se reduzca con el tiempo.

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I.6.Ventajas de la aplicación de la presión hidrostática.

Carne y productos cárnicos

Destruye microorganismos sin alterar flavor y valor nutricional

Terneza de la carne fresca

Carnes reestructuradas y gelificadas

Aumento cohesión

Geles: mejor aspecto y Textura

Productos derivados de la pesca

Pescado fresco

Disminución de la carga microbiana

Aplicable a pescado de alto valor como la pescadilla, ostras

Semiconservas de pescado

Alarga vida útil (salmón ahumado)

Posible decoloración

Obtención de surimi

Geles con superficie más lisa y brillante y retienen el aroma del surimi crudo

Frutas y verduras frescas

Zumos de frutas

Conserva sabor, color y vitamina C

Limitación de inactivación enzimática(pectinmetilestearasa) con pérdida de turbidez

deseable en este producto

Confituras, jaleas, mermeladas, purés de frutas, salsas

Conservan el sabor, color y vitaminas

Permiten, la esterilización del producto y la penetración del azúcar en el interior de

los trozos de fruta

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Leche y productos lácteos

Madurado físico de natas para la fabricación de mantequilla

Aceleración de la maduración del helado

Texturas suaves en helados y sorbetes

Mejora de la textura de yogures firmes y la viscosidad en yogures batidos

Disminución del grado de sinéresis en yogur

Previene acidez después del envasado (200-300 Mpa a 10-20ºC durante 10 min)

Aumento de la vida útil del producto por completa inactivación de las bacterias

lácticas (400 Mpa, 15 min)

Reducción en la variabilidad en el contenido de humedad del queso Cheddar

Salado de queso por alta presión

Uso de leche tratada por altas presiones en la fabricación de quesos “crudos“ y

mejora de rendimientos queseros

Aceleración de la maduración del queso

Inactivación de microorganismos

Producción de quesos bajos en grasa con mejora de textura

Presurización de bacterias lácticas para crear un aporte extra de enzimas con

propiedades desamargantes y proteolíticas.

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Figura 1. Tratamiento de alta presión de productos líquidos a granel (M. Raventós, Eds.

UPC 2006

II. Tratamientos de alimentos por campos eléctricos

II.1. Antecedente histórico

El origen de esta técnica fue a principios del siglo XX, cuando en 1924 Beattie y

Lewis comprobaron el efecto letal de las descargas eléctricas sobre

microorganismos al aplicar sobre un alimento un voltaje de 3000 - 4000V.

Posteriormente, otros científicos, como Fetterman (1928) y Getchell (1935),

combinaron la corriente eléctrica con la temperatura para pasteurizar leche e

inactivar bacterias. Entre 1928 y 1938 la corriente eléctrica se utilizó como medio

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de generar calor para la pasteurización de leche.

Pero fue a finales de 1960 cuando Doevenspeck describe por primera vez los efectos

de campos eléctricos pulsados de alto voltaje en microorganismos, y finalmente en

1967 y 1968 Sale y Hamilton realizaron los primeros experimentos para la

destrucción de distintos tipos de microorganismos aplicando campos eléctricos

homogéneos de alto voltaje. Estos científicos realizaron numerosas observaciones

sometiendo suspensiones de microorganismos a campos eléctricos de hasta

25kV/cm en pulsos de 2 a 20 microsegundos. Fueron los primeros en observar que

la estructura de la membrana celular presentaba poros irreversibles cuando se les

aplicaba un determinado potencial a través de la membrana. De esta forma, se

dedujo un potencial crítico para la inactivación de bacterias en función de la forma y

el tamaño de la célula. Más tarde se fue demostrando que la destrucción microbiana

mediante campos eléctricos se encontraba asociada a una destrucción o deformación

de la pared celular y no a un desprendimiento de calor debido a efecto joule.

Sale y Hamilton se dieron cuenta a base del estudio de los pulsos eléctricos sobre

distintos microorganismos que la población bacteriana dependía de dos factores

principalmente: la intensidad de los pulsos eléctricos y el tiempo de tratamiento, es

decir, la duración del pulso por el número de pulsos. No obstante, existen otros

factores que pueden influir, como la fase de crecimiento de los microorganismos y

su estado que hacen variar su sensibilidad frente al tratamiento con pulsos

eléctricos. Jacob et al (1981) y Hülsheger et al (1983) encontraron que células de

levadura en fase de crecimiento logarítmico eran más sensibles a los pulsos

eléctricos que las que se encontraban en fase estacionaria. Estos resultados fueron

corroborados por Pothakamury et al en 1996 y Wouters et al en 1999 que estudiaron

la influencia del estado fisiológico de los microorganismos en la cinética de

inactivación.

El primer proceso de conservación de alimentos mediante pulsos eléctricos de alto

voltaje se patentó en 1987 por Dunn y Perlman, (US Patent 4,695,472).

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Vega et al en 1996 se dieron cuenta que la velocidad de inactivación variaba

también con más factores como la fuerza iónica del medio y el pH; trataron leche

inoculada con pulsos de 55kV demostrando que la efectividad del tratamiento era

superior a valores más bajos de pH, mientras que a medida que aumentaba la fuerza

iónica la inactivación era menor. Según Hülsheger et al en 1981 y Martin et al en

1994, al añadir al alimento cationes monovalentes no se encuentran diferencias en la

inactivación microbiana, mientras que si se añaden cationes divalentes la

inactivación es peor. Wouters et al en 1999 consiguieron más inactivación de

Listeria innocua a valores de pH más bajos. Sin embargo, Jeantet et al en 1999

consiguieron mejores resultados con Salmonella enteritidis a pH más altos, según

Hale y Hamilton (1967-1968) y Hüsheger et al (1981) no tuvo influencia en la

inactivación de los microorganismos. Por otro lado Zhang et al en 1994 estudiaron

como con mayor temperatura los efectos conseguidos con los pulsos eléctricos eran

mejores.

II.2. Definición del proceso

Consiste en la inactivación de los microorganimso al aplicar un número elevado de

pulsos eléctricos de corta duración (μs) y de alta intensidad de campo. Al no

producirse aumento en la temperatura, no se alteran las características

fisicoquímicas del alimento, ni tampoco existen variaciones significativas en los

componentes nutritivos; por ahora solo se ha podido aplicar a alimentos de fluidos

viscosos homogéneos, como zumo de frutas, leche, yogur que permiten el paso de la

electricidad. Este tratamiento utiliza la electricidad como fuente de energía, y

consiste en aplicar al alimento pulsos de decenas de miles de voltios, pero en

tiempos extremadamente breves (mseg o seg).

El efecto de estos pulsos es provocar diferencias de potencial en las membranas

celulares, y cuando se alcanza un valor crítico se forman unos poros en las

membranas, cambia su permeabilidad y se produce pérdida de material celular y

muerte del individuo;Se realiza a temperatura ambiente o de refrigeración con la

aplicación de una breve descarga de alto voltaje a alimentos colocados entre dos

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electrodos por tiempos en el orden de los microsegundos La fuerza de campo

depende de la diferencia de potencial entre los electrodos,en alimentos se

encuentran en el rango de 1-100 kV/cm Se producen acumulando energía eléctrica

en un banco de condensadores y descargándolos súbitamente, con frecuencias entre

1-100 Hz en uno de los electrodos, el segundo electrodo está conectado a tierra lo

que garantiza la diferencia de potencial adecuadaInactivación de microorganismos y

enzimas (potencial trasmembrana) El potencial transmembrana depende de cada

microorganismo y enzima así como del medio en el que los microorganismos o

enzimas están presentes cuando el potencial transmembrana alcanza un valor critico,

tiene lugar la eletroporación El sistema de procesado por campos eléctricos pulsados

de alta intensidad es un sistema eléctrico simple consistente en una fuente de alto

voltaje, un banco de condensadores, un interruptor y una cámara de tratamiento

Pasterización de zumos de frutas y huevo líquido mejora de los procesos de

marinado y salazonado mejora del proceso de deshidratación extracción de azúcar

de remolacha y colorantes Alimentarios mejora de la calidad de los mostos, al

reducir el tiempo de maceración e incrementar el color de los vinos no obstante, la

aplicación de forma aislada de esta tecnología de conservación no sería

recomendable aunque si su combinación con otros procesos de conservación.

La destrucción de microorganismos provocada por los campos eléctricos pulsantes

depende de varios factores, los más importantes de los cuales son la intensidad del

campo eléctrico, el tiempo de tratamiento, la temperatura del alimento y el tipo de

microorganismo.En cualquier caso, la aplicación de métodos de conservación

combinados que permita la obtención de productos de características similares al

alimento original tiene como requisito previo esencial la reducción de la

contaminación. Resulta necesaria la aplicación del sistema de análisis de peligros y

puntos críticos de control (APPCC) para garantizar la seguridad de los alimentos.

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Los fundamentos de esta técnica se basan en la propiedad que tienen los alimentos

fluidos de ser muy buenos conductores eléctricos debido a las altas concentraciones

de iones que contienen y a su capacidad de transportar cargas eléctricas, gracias a

ello esta técnica se basará en la destrucción de la pared celular cuando se aplica una

intensidad de campo eléctrico, debido a la diferencia de potencial entre ambos lados

de la membrana. Cuando esta diferencia de potencial, conocida como potencial

transmembrana alcanza un valor crítico se produce la electroporación (formación de

poros en la pared que pueden ser reversibles si la fuerza del campo eléctrico externo

es igual o excede ligeramente elvalor crítico) y en consecuencia la pérdida de su

integridad, incremento de la permeabilidad debido a la formación del poro y

finalmente destrucción de la célula afectada.

II.3. Efectos secundarios

Diversos estudios han demostrado que ni los aromas ni sabores de los alimentos se

ven alterados por este tratamiento. Un ejemplo es la vitamina C que se destruirá

mucho más con cualquier tratamiento térmico que con la aplicación de pulsos

eléctricos, a pesar de ser una de las vitaminas más alterables por este método. Se

han estudiado diferentes tratamientos de pulsos eléctricos en vitaminas

hidrosolubles (riboflavina y tiamina) y liposolubles (colecaleiferol y tocoferol) de la

leche, comprobando que prácticamente no varían tras el tratamiento. Las

propiedades organolépticas de la leche tampoco varían respecto de la tratada

térmicamente. Los efectos de las descargas eléctricas sobre un alimento entre dos

electrodos son:

a) Destrucción de la membrana celular de los microorganismos cuando se

aplica descarga eléctrica de pulsos cortos del orden de microsegundos y alto

voltaje (20-80 kV/cm).

b) Electrólisis de sustancias, dependiendo de la composición del alimento y del

material del electrodo.

c) Calor producido por efecto Joule que aunque no es lo que destruye a los

microorganismos, si lo favorece.

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Los alimentos son conductores de la electricidad y como tales actúan como una

resistencia que dependerá de la longitud, sección, temperatura y tipo de material. Al

aumentar la conductividad de un material incrementado la fuerza iónica se produce

una disminución en la intensidad de campo eléctrico, y por tanto disminuye el nivel

de destrucción de microorganismos. Por el contrario, si se aumenta con un

incremento de temperatura se experimenta un efecto sinérgico y aumenta la

inactivación. Además de esto los alimentos pueden almacenar carga eléctrica como

un condensador, esta capacidad de almacenamiento dependerá de su constante

dieléctrica, que es la relación entre la capacidad del alimento y la capacidad del aire

o del vacío en las condiciones estudiadas.

II.4. Descripción de los instrumentos que intervienen la aplicación de

campos eléctricos

Equipo

El sistema de procesado por campos eléctricos pulsados de alta intensidad es

un sistema eléctrico simple que consiste en una fuente de alto voltaje, un

banco de condensadores, un interruptor y una cámara de tratamiento, aunque

también suele ir acompañado de un sistema de control de los datos del

proceso, sondas (de temperatura, voltaje y corriente), un equipo de envasado

aséptico y un sistema de enfriamiento de la cámara.

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Existen de dos tipos, abiertas y cerradas: Las abiertas son dos láminas

paralelas separadas por un aislante y permiten una mejor alimentación y

vaciado, la distancia de los electrodos hay que regularla para evitar la

electrolisis o ruptura dieléctrica causada por un exceso de corriente. Las

cerradas son láminas circulares de acero muy pulido para minimizar

emisiones de electrones y evitar el arco eléctrico. Están diseñadas para que

no tengan los problemas de electrolisis pero su alimentación es más

complicada y si no se quiere que se formen burbujas hay que hacerlo a vacío.

Dentro de cada una de estas se podrían diferenciar diferentes tipos en

función del diseño y de los materiales usados.

Cámara de Sale y Hamilton

Se seleccionaron electrodos de carbón soportados en placas de latón. La

cámara estaba formada al poner un separador de polietileno en forma de U

entre los electrodos. El área del electrodo y la cantidad de alimento que

podía ser tratado variaba utilizando diferentes separadores. El campo

eléctrico máximo que se podía soportar estaba limitado a 30 kV/cm debido a

la desintegración eléctrica del aire encima del alimento. La temperatura del

http://www.uhu.es/prochem/wiki/index.php/Archivo:Diagramabloques.png

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alimento se controlaba mediante circulación de agua a través de placas de

latón.

Cámara de Dunn y Pearlman

La cámara consiste en dos electrodos de acero inoxidable y un separador

cilíndrico de nailon. La cámara se diseñó para tratar alimentos líquidos y el

alimento se introducía a través de un orificio a través de un electrodo, el cual

también servía para la medida de la temperatura durante el tratamiento del

alimento con campos eléctricos de alta intensidad. • Cámara de Grahl et al

Es similar a la anterior. Los electrodos fueron fabricados de carbón-latón, y

como separador se utilizó un marco rectangular de plexiglás. Esta cámara no

estaba provista de sistema de refrigeración para los electrodos.

Cámara de la Washington StateUniversity

La cámara diseñada por este grupo consiste en dos electrodos de placas

paralelas de acero inoxidable en forma de disco separados por un espaciador

de polisulfona. Los electrodos contienen camisas internas para que circule

agua o un refrigerante para mantener una temperatura de operación

aceptable. La cámara contiene dos orificios para llenar y retirar el alimento.

Los orificios también facilitan la eliminación del aire de la cámara después

de que se haya introducido el alimento en su interior.7

Cámara de Mizuno y Hori

Para determinar si la forma del electrodo afectaba a la inactivación

microbiana se han desarrollado cuatro tipos diferentes de disposición de

electrodos. Placa-placa Este sistema de electrodos consiste en dos electrodos

de placas paralelas separadas por un espaciador de plexiglás el cual forma la

cámara de tratamiento. Aguja-Placa Este sistema de electrodos consiste en

un electrodo de una aguja y una placa. La parte superior de la cámara está

cubierta por una placa de Plexiglás con el extremo de la aguja sobresaliendo

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medio milímetro de la superficie de la placa. En la parte inferior de la

cámara se coloca el electrodo de placa. El extremo de la aguja y el electrodo

de placa en la parte inferior de la cámara están separados por una distancia

de 9.5 mm. Alambre-Cilindro Este sistema de electrodos consiste en un

alambre y un cilindro. El electrodo de alambre se coloca en el centro del

cilindro con goma de silicona. Varilla-Varilla Este sistema consiste en

electrodos de varilla en una cámara de PVC. Los electrodos de varilla están

atornillados en el centro de la cámara, uno en la superficie superior de la

cámara y el otro en la inferior. Los extremos de los electrodos están

separados por una distancia de 3 mm.

Cámaras continuas

Se suelen usar en plantas piloto y a escala industrial. Sus características son

similares a las estáticas pero deben permitir el flujo no laminar para

conseguir un tratamiento homogéneo. Su diseño es como las estáticas

cerradas pero permitiendo entrar y salir el alimento durante el proceso.

También se pueden encontrar diferentes tipos.

Cámara de Dunn y Pearlman

El sistema de procesado diseñado por Dunn y Pearlman comprende un

tanque de almacenamiento para el alimento que se va a tratar, un aparato de

desaireación, una cámara de tratamiento, monitores de temperatura y voltaje,

pulsador de alto voltaje, y un intercambiador de calor para precalentar el

alimento y enfriarlo después del tratamiento térmico.

Cámara continua de la Washington StateUniversity

Fue modificada añadiendo canales de flujo con deflectores en su interior

para operar como una cámara continua. La cámara está formada por dos

electrodos de acero inoxidable en forma de disco separados por un

espaciador de polisulfona.

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Cámaras de campo eléctrico convergente

El ejemplo principal es la cámara de Matsumoto, se caracteriza por tener los

electrodos de disco separados por placas de teflón, el material entra por un

orificio y llega a una zona donde se concentra el campo y se aplica alta

intensidad de campo, manteniendo una densidad de corriente en la interfase

líquida del electrodo para evitar la electrolisis y formación de burbujas.

Tiempo de procesado

El tiempo de tratamiento del alimento es el producto del número de pulsos

por la duración de cada pulso. Cuanto mayor sea este tiempo mejor resultado

obtendremos, no obstante hay que tener cuidado con la temperatura para que

no aumente más de lo debido. Algunos estudios encontraron modelos

cinéticos de primer y segundo órdenes para relacionar el grado de

supervivencia de los microorganismos con la intensidad de campo y el

tiempo de tratamiento siguiendo el modelo de la ecuación de Hülsheger.

Obviamente el tiempo de tratamiento dependerá de la intensidad de campo.

Tipo de pulso

Algunos estudios han demostrado que los pulsos oscilatorios son menos

eficaces que los exponenciales o de onda cuadrada, y que la eficiencia

energética y la letalidad de los pulsos de onda cuadrada eran mayores que los

de caída exponencial. La razón es que el pulso de onda cuadrada mantiene

durante más tiempo la intensidad máxima aplicada, siendo la eficiencia

energética de los de onda cuadrada del 91% y de los exponenciales del 64%.

También se ha visto que los pulsos bipolares son más efectivos que los

monopolares, ya que su aplicación causa una inversión de la carga eléctrica

después de cada pulso y cambia la dirección del movimiento de los iones

cargados en la membrana, causando un estrés celular y una rotura de la

membrana. Además, los pulsos bipolares tienen la ventaja de que reducen la

electrolisis de los alimentos y necesitan menos energía.

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Temperatura

Se ha demostrado que existe un efecto sinérgico entre la temperatura y los

pulsos eléctricos,también se vio que cuando la temperatura inicial del

alimento era más elevada, se necesitaba menos energía en forma de pulsos

para conseguir la inactivación. Se desarrolló incluso un modelo matemático

basado en la ecuación de Arrhenius para predecir el efecto de la temperatura

del medio en el nivel de inactivación microbiana:

k= cte del nivel de microorganismos supervivientes.

ke =factor cte.

Según este modelo a mayor temperatura del medio mayor será la

inactivación. El empleo de esta técnica provoca un aumento de temperatura

que hay que controlar para no deteriorar al alimento, se considera aceptable

un aumento de 5-10 º C. Un aumento elevado de la temperatura también

provoca cambios en la permeabilidad de la membrana celular, y la hace más

susceptible a lisis mecánica. Esto se debe a que se produce un cambio de

fase de los fosfolípidos de la bicapa lipídica, que pasan a líquido,

disminuyendo el grosor de esta capa, que se hace menos resistente.

II.5. Características del alimento

La conductividad, la fuerza iónica y el pH también son factores propios del

producto que afectan a la inactivación microbiana. Los resultados con alimentos

de conductividades eléctricas elevadas no son demasiado buenos, esto es debido

a que al aumentar la conductividad se reduce la resistencia y con esto la

amplitud del pulso y la inactivación.

También se ha estudiado que a valores de pH bajos el resultado es mejor y que

la fuerza iónica es responsable de la electroporación y compresión de la

http://www.uhu.es/prochem/wiki/index.php/Archivo:Ecuacion_temperatura.png

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membrana celular, mientras que el pH afectaba al citoplasma una vez

completada la electroporación. A menor fuerza iónica del medio mayor

inactivación. Además según el tipo de producto se obtienen unos resultados u

otros, consiguiéndose peores resultados en alimentos complejos que en

soluciones sencillas.

II.5.1. Factores microbianos

Tipo de microorganismo: está estudiado que las bacterias gran positivas

son más resistentes que las gran negativas. No obstante serán las

levaduras las menos resistentes y las esporas las que más.

Concentración de microorganismos: cuanto mayor es la concentración

se obtienen peores resultados, aunque no se sabe con total seguridad.

Fase de crecimiento: la fase logarítmica es más débil que la fase

estacionaria, ya que al estar las células en crecimiento la membrana es

más fácilmente alterable.

Efecto sobre las enzimas: no se conoce con total certeza. Se han

realizado numerosos experimentos con datos poco concluyentes ya que

según el tipo de alimento, la intensidad del tratamiento, y tipo de enzima

se consigue un nivel de inactivación o otro, pero en general no se puede

decir que esta técnica sea muy efectiva para inactivar enzimas.

Efecto sobre las esporas: las esporas resultan más resistentes a los

campos eléctricos que las bacterias en forma vegetativa, no obstante se

ha visto que son más sensibles tras la germinación. El problema es que

con este método no se induce la germinación y por tanto no se inactivan,

por ello lo que se intenta es inducir la germinación con otro método y

luego aplicar los pulsos eléctricos para inactivar las células vegetativas

resultantes. Un ejemplo es la combinación con lisozima que disuelve el

revestimiento de la espora y da una célula susceptible al ataque con

pulsos eléctricos.

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II.6. Alimentos sometidos a campos eléctricos

En nuestros supermercados encontramos varios productos que han podido ser

tratados así, como por ejemplo:

Pasterización de zumos de frutas

Concentrados

Sopas

extractos de carne

huevo líquido

Zumos.

Se ha publicado la reducción de la flora nativa en 3 log de zumo de naranja natural

exprimido aplicando un campo eléctrico de 15 kV/cm sin modificar de forma

significativa la calidad utilizando un proceso de esterilización continuo desarrollado

por una firma de ingenieros alimentarios en colaboración con la universidad de

Hamburgo (Sitzmann, 1995).

En zumo de naranja reconstituido, tratado por CEP en una planta piloto, se han

obtenido reducciones de la población de aeróbicos totales en el rango 3-4 log

utilizando campos de 32 kV/cm (Zhang et al, 1997).

Lácteos.

Dunn y Pearlman (1987) estudiaron la vida útil de la leche homogeneizada

inoculada con Salmonella y tratada mediante CEP (36,7 kV/cm, 40 pulsos, durante

25 minutos) observando la ausencia de este microorganismo durante 8 días

manteniendo la leche a una temperatura de 7-9 ºC.

Calderon-Miranda (1998) estudió la inactivación de Listeria innocua en leche

desnatada mediante tecnología CEP, obteniendo reducciones de 2,5 log después de

tratamientos con campos de 30 a 50 kV/cm.

Horchata.

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Enterobacteraerógenes (Gram -) es el principal responsable de su deterioro. Selma

et al (2003) observaron que la asociación de CEP (2,5-3 kV/cm, 5-30 10^-5 s) y

refrigeración permite retrasar la proliferación de Enterobacteraerógenes

especialmente cuando la carga microbiana inicial no es excesivamente alta.

Huevo líquido.

Dunn y Pearlman (1987) tratando huevo líquido con campos de 36 kV/cm

consiguieron prolongar su vida útil a 4 y 10 días almacenado a 10 y 4 ºC

respectivamente. Jeantet el al (1999) consiguieron reducciones 3,5 log de la

población inicial de Salmonella enteridis en clara de huevo líquido.

Productos deshidratados.

Keith et al (1997) consiguieron reducciones de 1 log de conteo de microorganismos

totales en especias deshidratadas y redujeron a 0,6 el contenido de microorganismos

totales en harina de trigo ambas tratadas con CEP.

Vino de arroz.

Mook and Lee (2000) redujeron en 1,2 log el contenido de microorganismos totales

en yakju (vino de arroz) utilizando CEP.

Sopa de guisantes.

Vega-Mercado et al (1996a) consiguieron reducciones de 1,5 log de E. coli y

Bacillussubtilis del contenido de microorganismos totales usando CEP.

II.7. Ventajas de la aplicación de campos eléctricos

Mejora de los procesos de marinado y salazonado.

Mejora del proceso de deshidratación.

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Extracción de azúcar de remolacha y colorantes alimentarios.

Mejora de la calidad de los mostos, al reducir el tiempo de maceración e

incrementar el color de los vinos.

No obstante, la aplicación de forma aislada de esta tecnología de conservación no

está recomendada aunque si su combinación con otros procesos de conservación.

Esta técnica está siendo usada en otros campos como puede ser la esterilización de

material médico.

Al no someter al alimento a altas temperaturas no se degradan sus propiedades

físicas y químicas.

Las propiedades sensoriales y organolépticas tampoco sufren alteraciones.

El proceso tiene una gran eficacia energética, mucho mayor que los procesos

térmicos. Por ejemplo para el zumo de manzana se usa un 90% menos de energía

que con el tratamiento térmico.

II.8. Desventajas de la aplicación de campos eléctricos

Poca disponibilidad de unidades comerciales

En caso de que aparezcan burbujas de aire en la cámara pueden aparecer problemas

operativos y de seguridad, ya que pueden producir espumas, y dañar el producto y la

cámara. Es obligatorio crear el vacío y no se podrán utilizar productos sólidos con

burbujas de aire.

Los productos con conductividad elevada no son aptos, ya que presentan una

resistencia demasiado grande y necesitarían mucha energía para conseguir un

campo eléctrico específico.

Para alimentos líquidos el tamaño máximo de las partículas del alimento tiene que

ser menor que el espacio de la zona de tratamiento en la cámara, si se quiere

mantener una operación correcta del proceso.

La falta de recursos para medir con precisión la distribución del tratamiento. Esto

provoca que los resultados obtenidos no sean del todo fiables, ya que todavía no se

puede saber con precisión cuál es el efecto de las condiciones particulares del

proceso.

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Su uso está limitado a productos bombeables, capaces de conducir la electricidad y

exentos de microorganismos esporulados y enzimas.La construcción de las cámaras

de tratamiento para este tipo de alimentos es compleja debido a la dificultad de

conseguir una distribución de campo eléctrico uniforme.

No se puede usar como método único, sino que hay que combinarlo con otros

métodos para incrementar la inactivación de esporas.

No se conocen con exactitud los efectos sobre las enzimas.

Figura 2. Esquema de una planta de tratamiento de pulsos eléctricos de alta intensidad de

campo (M. Raventós, Eds. UPC 2006)

B

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Bibliografía

http://ingenieriaenalimentos.blogspot.com/2006/09/mtodos-de-conservacin-de-alimentos.html

http://www.consumer.es/web/es/alimentacion/tendencias/2007/06/15/27934.php

http://www.youtube.com/watch?v=NIuQ_JCj6UM

http://www.sagan-gea.org/hojared_radiacion/paginas/Radiaci%F3n_de_alimentos.html


http://www.youtube.com/watch?v=NIuQ_JCj6UM&feature=player_embedded#!

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Altas presiones Hidrostaticas en Alimentos

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