conservación alimentos por procesos no térmicos pulsos eléctricos de alta intensidad...
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Conservación alimentos por procesos no térmicos
Pulsos Eléctricos de Alta Intensidad
– Introducción
– Evolución histórica
– Mecanismo de acción
– Inactivación de microorganismos
– Efectos sobre otros componentes de los alimentos
– Instalaciones
– Aplicaciones de esta tecnología
Pulsos Eléctricos de Alta Intensidad
El alimento se somete a la acción de un campo eléctrico de alta
intensidad (10-50 kV/cm) durante periodos de tiempo del orden de
microsegundos, de forma intermitente, sin que se produzca un
aumento importante de la temperatura del mismo.
•En los últimos 10 años se está considerando seriamente el uso de esta tecnología como sistema de pasteurización de alimentos sensibles al calor
•Washington State University (Prof. Barbosa)
•Proyectos europeos:
High electric field pulses: food safety, quality and critical process parameters (FAIR-CT97-3044)
Evolución histórica
Pulsos Eléctricos de Alta Intensidad
• A principios de siglo se utiliza la electricidad para pasteurizar leche
•La inactivación microbiana por pulsos eléctricos de alta voltaje es observada por primera vez por Doevenspeck a comienzo de los años 60
•Dunn y Perlan patentan un proceso para la conservación de alimentos por pulsos eléctricos de alta intensidad en 1987
Mecanismo de acción (Teoría de Zimmerman):
La superación de una intensidad crítica del campo eléctrico da lugar a la formación de poros en la membrana, que puede conducir a la inactivación celular
Pulsos Eléctricos de Alta Intensidad
A) Parámetros dependientes del microorganismo
Tipo de microorganismo
Edad de las células
Tamaño celular
B) Parámetros eléctricos
Intensidad del campo eléctrico
Tiempo total de tratamiento:
Frecuencia del tratamiento
Anchura del pulso
Forma del pulso
C) Parámetros dependientes del medio de tratamiento
Conductividad
pH
Actividad de agua
Composición
Inactivación microbiana por PE de alta intensidad
Influencia del tipo de microorganismo
Lo
g f
rac
ció
n s
up
erv
.
Tiempo (s)
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 100 200 300 400
l B. subtilis (esporas)
l L. monocytogenes
l B. subtilis
l S. senftenberg
l Y. enterocolitica
25 kV/cm
Sensibilidad:
Levaduras > Bacterias Gram - > Bacterias Gram +
Esporos bacterianos y fúngicos resistentes al tratamiento
Influencia de la intensidad del campo eléctrico
S. senftenberg
Tiempo (s)
Lo
g f
rac
ció
n s
up
erv
.
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 500 1000 1500 2000
12 kV/cm15 kV/cm19 kV/cm
22 kV/cm 25 kV/cm
Influencia de la frecuencia y anchura de pulso
L. monocytogenes
Lo
g f
rac
ció
n s
up
erv
.
-2
-1
0
0 50 100Tiempo (s)
1 Hz2 Hz
3 Hz
4 Hz
5 Hz
25 kV/cm
-1
0
0 50 100
0.4 s
1 s
2 s
3 s
Tiempo (s)
Lo
g f
rac
ció
n s
up
erv
.
25 kV/cm
Forma del pulso
Onda cuadrada
Anchura del pulso
Vol
taje
Duración del pulso
100 %
Caída exponencial
100 %
73 %
Anchura del pulso
Vol
taje
Duración del pulso
Influencia de la conductividad
S. senftenberg
Tiempo (s)
Lo
g f
rac
ció
n s
up
erv
.
u
u
u u
uu
l
l ll
l
l
n
n n nn
n
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 50 100 150 200
u 2 mS/cm (22 kV/cm)
l 3 mS/cm (20 kV/cm)
n 4 mS/cm (18 kV/cm)
u
u
u u
uu
l
ll
ll
l
n
n n
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 50 100 150 200
u 7 kV (22 kV/cm) 2 mS/cm
l 7,8 kV (22 kV/cm) 3 mS/cm
n 8,5 kV(22 kV/cm) 4 mS/cm
Tiempo (s)
Lo
g f
rac
ció
n s
up
erv
.
Influencia del pH
S. senftenberg
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 100 200 300 400
Log
fra
cció
n s
up
erv.
Tiempo (s)
Log
fra
cció
n s
up
erv.
Tiempo (s)
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 100 200 300 400
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 100 200 300 400Tiempo (s)
Log
fra
cció
n s
up
erv.
L. monocytogenesY. enterocolitica
pH=7.0 pH=5.4 pH=3.8
22 kV/cm22 kV/cm25 kV/cm
Emulsiones:
No afectan la estructura de las emulsiones ni el tamaño de las gotas que forman la fase dispersa (mahonesa, leche concentrada)
Inactivación enzimática:Tratamientos de 30 kV / cm no inactivan:- Lipooxigenasa- Peroxidasa- Polifenoloxidasa- Pectinmetilesterasa- -amilasa- Fosfatasa alcalina
Proteínas:
No afectan a la estructura de las proteínas (ovoalbúmina, -lactogloblina)
Radicales libres:
No se producen en cantidades significativas
Efectos sobre otros componentes de los alimentos
•Generador de corriente eléctrica continua
Intensidad de corrienteDiferencia de potencial
•Condensador
CapacidadDiferencia de potencial
•InterruptorVelocidad de apertura y cierreIntensidad de corrienteDiferencia de potencial
•Cámara de tratamientoEstáticasEn flujo continuo
•Sistema de control y otros componentes
Componentes de una instalación de PE
----
Conexión a tierra
Resistencia (300 )
Resistencia (15 )
Interruptor
Condensador
(15 kV/cm, 2 F)
Cámara de tratamiento
Generador de función
OscilloscopioSistema de control y análisis
Sonda de alto voltaje
-5
5
10152025
0
0 1 2 43
Pulse width (s)
kV
/cm
Generador de corriente eléctrica continua
Instalación de pulsos eléctricos de alta intensidad
•NO Permiten controlar el paso de corriente(spark gap, tiratrones) ventajas:- voltajes e intensidades máximas elevadas (100 kV; 100 kA) inconvenientes:- descarga total del condensador- onda de caída exponencial- precio
•Permiten controlar el paso de corriente
(transistores de alta potencia) ventajas:- descarga rápida y reproducible del condensador- onda cuadrada- precio inconvenientes:- voltajes e intensidades máximas pequeñas (10 kV; 1,2 kA)
Instalación de pulsos eléctricos de alta intensidad
Tipos de pulsos
Onda cuadrada
Anchura del pulso
Vol
taje
Duración del pulso
100 %
Caída exponencial
100 %
73 %
Anchura del pulso
Vol
taje
Duración del pulso
Electrodo
Electrodo
Electrodo
Electrodos paralelos abierta
Electrodos paralelos cerrada
DISCONTINUAS CONTINUAS
Electrodos paralelos
Coaxial
Electrodos
Cámaras de tratamiento
Equipo de PEAI de la Universidad de Zaragoza(Cámara de tratamiento estática)
Instalación en continuo
Equipo de PEAI del IATA(Cámara de tratamiento en flujo)
•Conservación de los alimentos
•Procesado
Pasteurización de alimentos líquidos no particulados sensibles al calor, en continuo
•Zumos de frutas
•Huevo líquido
Extracción de componentes intracelulares
•Almidón de patata
•Extractos de levaduras
•Extractos de carne
Aplicaciones
Planta piloto de PEAI de la OSU(200 litros /hora)
Bibliografía
• Libros:
- Barbosa-cánovas, G.V., Pothakamury, U.R., Palou, E. y Swanson, B.G. (1999) Conservación no térmica de alimentos. Acribia, Zaragoza.
- Gould, G.W (ed.) (1995) New methods of food preservation. Blackie Academic & Professional, Londres.
• Artículos de revisión: Journal of Food Science (2000). Special Supplement: Kinetics of
microbial inactivation for alternative food processing technologies.
Trends in Food Science and Technology (2001). Special Issue: High intensity field pulses. Vol. 12 (3-4): 89-152.
Alvarez, I., Raso, J., Pagán, R.. y Sala, F.J. (2000). La conservación de alimentos mediante pulsos eléctricos de alto voltaje. Aspectos biológicos. Alimentación, equipos y tecnología, 8: 143-151.
Raso, J., Alvarez, I., Condón, S. y Sala, F.J. (1999). La conservación de alimentos mediante pulsos eléctricos de alto voltaje. Aspectos técnicos. Alimentación, equipos y tecnología, 8: 115-124.