C E R P T ACentre Especial de Recerca Planta de Tecnologia dels Aliments

Aplicación de ultra alta presión de ( )homogenización (UHPH) a alimentos

líquidos

VI Escuela de Altas Presiones, 24 Mayo de 2013, Oviedo

Dr Martín BuffaDr. Martín Buffa 

www.cerpta.comp

HomogenizationHomogenizationProducir una distribución homogénea de las partículas suspendidas en un líquido. 

ÓComo? Forzando a pasar el líquido (PRESIÓN) a través de una válvula diseñada específicamente.

Disrupción de los glóbulos grasosDisrupción de los glóbulos grasos

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1900. Primeros Homogeneizadores900. e os o oge e ado esLa homogeneización y estabilización de emulsiones de alimentos y productos lácteos fue patentado por Auguste Gaulin y presentado al público en 1900 en la Feria Mundialfue patentado por Auguste Gaulin y presentado al público en 1900 en la Feria Mundial de París.

1902. Gaulin

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Obj ti i h i dObjetivos primeros homogeneizadores

• Mejorar la estabilidad grasa de la leche

C ib i l ió l d d l l h• Contribuir a la conservación prolongada de la leche

• Complemento de la esterilización convencional

Homogeneizadores convencionales actuales

• Estabilización de emulsiones

• Mejora del sabor 

• Mejora de la textura

• Aplicado en leche, nata, yogur y helados (hasta 50 MPa) 

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1980. NUEVA TECNOLOGÍAN l Al P ió H i ióNace la Alta Presión Homogeneización (HPH)( )• Presiones hasta 150 MPa• Producir emulsiones más estables• Producir emulsiones más estables• Mejorar la textura de los yogures

Reducir algo la carga microbiana• Reducir algo la carga microbiana

Detalle de válvulas HPH5

1990. Primeros prototipos de Ultra Alta Presión Homogenización

200‐250 MPa200 250 MPa

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2003. Prototipos UHPH con doble intensificador capaces de soportar 400 MPa

Comparación diseño válvulas

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Prototipo UHPH 120 l/h. 400 MPa del CERPTA‐UABPrototipo UHPH 120 l/h. 400 MPa del CERPTA UAB

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Valorización y Comercialización tecnológica

“Conocimiento”Conocimiento  UHPH

Estudios de patentabilidad:  valorización

P t tPatentes

€ (royalties)

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Características tecnología UHPH

1. Presiones de trabajo entre 100 y 400 MPa.

‐ Desarrollo ciencia de materialesDesarrollo ciencia de materiales

‐ Varias empresas constructoras: Microfluidizer®, Emulsiflex®,Stansted Fluid Power.

2. Utiliza fuerzas combinadas de cizalla, turbulencias, cavitación yaltas presiones

‐ El fluido es obligado a pasar por un estrecho espacio (válvula),tras el cual éste sufre una ultrarrápida depresióntras el cual éste sufre una ultrarrápida depresión.

‐ Se consiguen altísimas velocidades de flujo

3. El producto a tratar alcanza temperaturas >100º C en 0,5segundos

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Flujos a diferentes presiones de homogeneización

Intensidad de las turbulencias a diferentes presiones

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Incremento de temperatura

El incremento de temperatura se produce al incrementar la 

Incremento de temperatura

p ppresión de homogenización

–Calentamiento adiabático debido al incremento en la presión

–Alta velocidad, turbulencia y fuerzas de corte al pasar y salir de la válvula

Ligero efecto térmico: Tiempo de residencia 10‐4 s 

(Floury et al., 2002

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Incremento de temperaturaIncremento de temperatura

(Cruz, 2008 ; Pereda, 2008; Suarez, 2011

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Indicadores daño térmicoIndicadores daño térmico

(Pereda , 2008)

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Aplicaciones de la UHPH

1. Induce inactivación microbiana y/o enzimática

2 Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y2. Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y estables

3. Modifica las propiedades reológicas

4. Conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional de los productos

5 Elaboración de submicro‐emulsiones y submicro‐nanocápsulas5. Elaboración de submicro emulsiones y submicro nanocápsulas

Datos publicados:

Leche, yogurt, queso fresco, queso cheddar, licuado de soja, zumo demanzana y de naranja, emulsiones, etc.

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1. Destrucción de microorganismos

(a) (b)Microscopía electrónica de transmisión

Listeria monocytogenes inoculada en PBS (0 01 M pH 7 2)

(a) (b)

(0.01 M, pH 7.2)

(a) Células no tratadas

(b, c, d) Celulas tratadas a 100, 200 and 300 MPa at 25ºCMPa at 25 C

(Vachon et al., 2002)

( ) (d)(c) (d)

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1. Destrucción de microorganismos

Causas Factores de influencia

– Salto de presión repentino – Composición y forma de la célula bacteriana

– Torsión y corte

– Colisión y cavitación

d

célula bacteriana

– Temperatura, presión nivel y número de pases a través del 

– Incremento de temperatura equipo

– Viscosidad y composición de la matriz alimentariamatriz alimentaria

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1. Destrucción de microorganismosA li ió P t i ió t ili ió d li t fl idAplicación: Pasteurización y esterilización de alimentos fluidos

5 Total Count

Enterobacteriae

Orange Juice

3

4

L

.

Faecal coliforms

Lactobacilli

Molds and yeast

1

2lo

g cf

u/m

LPsychrotrophs

0R 100 MPa 200 MPa 300 MPa PA

TREATMENT

Effect of Ultra High Pressure Homogenisation (100, 200, 300 MPa) with temperature inlet at 4 ºC and single stage treatment on raw apple juice

TREATMENT

temperature inlet at 4 ºC and single‐stage treatment on raw apple juice (R). Comparison with pasteurisation (PA).

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1. Destrucción de enzimasA li ió t bilid d d li t fl idAplicación: estabilidad de alimentos fluidos

Actividad poli‐metil estearasa (PME) en zumo de naranjaActividad poli metil estearasa (PME) en zumo de naranja

V lá 2011

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Velázquez, 2011

1. Destrucción de enzimasA li ió t bilid d d li t fl id

Actividad poli‐fenil oxidasa (PPO) en zumo de manzana

Aplicación: estabilidad de alimentos fluidos

p ( )

Suárez, 2011,

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Aplicaciones de la UHPH

1. Induce inactivación microbiana y/o enzimática

2 Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y2. Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y estables

3. Modifica las propiedades reológicas

4. Conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional de los productos

5 Elaboración de submicro‐emulsiones y submicro‐nanocápsulas5. Elaboración de submicro emulsiones y submicro nanocápsulas

Datos publicados:

Leche, yogurt, queso fresco, queso cheddar, licuado de soja, zumo demanzana y de naranja, emulsiones, etc.

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2. Tamaño de partículaA li ió H i ió ió d l i t bl

Microscopía Laser confocal: Rotura de glóbulos grasos

Aplicación: Homogeneización y preparación de emulsiones estables

Microscopía Laser confocal: Rotura de glóbulos grasos

No tratada 300+30 MPa (dos etapas)No tratada 300+30 MPa (dos etapas)

Tamaño de partícula 0.3-0.4 m22

2. Tamaño de partículaA li ió H i ió ió d l i t blAplicación: Homogeneización y preparación de emulsiones estables

23Zamora, 2009

2. Tamaño de partículaA li ió H i ió ió d l i t bl

TEM of Raw milk sample 300 MPa (30ºC)

Aplicación: Homogeneización y preparación de emulsiones estables

TEM of Raw milk sample 300 MPa (30 C)

15 000 x augmentationsC i i ll 15,000 x augmentationsCasein micelles

Fat globules24

2. Tamaño de partículaA li ió H i ió ió d l i t bl

TEM of Raw milk sample 300 MPa (30ºC)

Aplicación: Homogeneización y preparación de emulsiones estables

TEM of Raw milk sample 300 MPa (30 C)

100 000 x augmentationsC i i ll 100,000 x augmentationsCasein micelles

Fat globule membrane25

Aplicaciones de la UHPH

1. Induce inactivación microbiana y/o enzimática

2 Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y2. Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y estables

3. Modifica las propiedades reológicas

4. Conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional de los productos

5 Elaboración de submicro‐emulsiones y submicro‐nanocápsulas5. Elaboración de submicro‐emulsiones y submicro‐nanocápsulas

Datos publicados:

Leche, yogurt, queso fresco, queso cheddar, licuado de soja, zumo demanzana y de naranja emulsiones etcmanzana y de naranja, emulsiones, etc.

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5. Submicro‐emulsionesAplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado

Emulsiones de aceite (20%) en agua a partir de una mezcla de aceites de girasol y oliva 

Aplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado

(15+5%) y caseinato sódico (1,5% p/p). UHPH 50‐300 Mpa a T i25ºC.

Excelente estabilidad física (control presenta cremado y(control presenta cremado y coalescencia)

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5. Submicro‐emulsionesAplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescadoAplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado

TEM images  of sodium caseinate (1.5 %) O/W emulsions stabilized by colloidal mill (E) and UHPH emulsions at 200 MPa (C)stabilized by colloidal mill (E) and UHPH emulsions at 200 MPa (C)

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5. Submicro‐emulsionesAplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescadoAplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado

Mejor estabilidad oxidativa.  

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Hebishy, 2011

TEM de nanocapsulesTEM de nanocapsules

1. Aromas 2. Medicamentos3. Compuestos funcionales4. Cosméticos5. …

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Aplicaciones de la UHPH1. Induce inactivación microbiana y/o enzimática2. Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y 

blestables3. Modifica las propiedades reológicas4. Conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional de los 

productosproductos5. Elaboración de submicro‐emulsiones y submicro‐nanocápsulas

Ventajas:– Sistema continuo. Posibilidad de envasado aséptico p– Economía de energía– Higiénico de fácil limpieza y desinfección 

Nuevas texturas e incremento de la calidad y rendimiento– Nuevas texturas e incremento de la calidad y rendimiento– Conserva nutrientes– Desarrollo de nuevos productos

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MUCHAS GRACIAS!MUCHAS GRACIAS!

Martin buffa@uab esMartin.buffa@uab.es

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