Altas presiones Hidrostaticas en Alimentos

Procesamiento de alimentos con Altas Presiones Hidrostáticas y campos electromagnéticos

CURSO:

AGROINDUSTRIA

DOCENTE: OSORIO OSORIO, Mario CICLO:

VIII

INTEGRANTES: COLONIA PALACIOS, Tessy E. PONCE RISCO, Lucia E. SIFUENTES PORCEL, Betsy Y. VIERA LEANDRO, Shenna I.

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I.

PROC.DE ALIMENTOS

Tratamientos de alimentos por altas presiones hidrostática

1.1. 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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1.2. 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

1.3.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.

1.3.1. 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, p latospreparados,…)  Esterilización (altas presiones a temperatura elevada)(bebidas, leche, foiegras,

 platos preparados, …)

1.3.2. Modificación de proteínas

 Reestructurado y texturizarían  Tindalización de carnes  Inactivación de enzimas y toxinas

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1.4. 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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1.5. 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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1.6.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

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II.

Tratamientos de alimentos por campos eléctricos

2.1.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 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

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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). 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.

2.2.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

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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 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

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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.

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.

2.3.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

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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. 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.

2.4. 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

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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.

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

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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 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

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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 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

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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. 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

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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. 

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.

2.5.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

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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 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. 2.5.1.  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

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

 2.6.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

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desnatada mediante tecnología CEP, obteniendo reducciones de 2,5 log después de tratamientos con campos de 30 a 50 kV/cm. Horchata. 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.

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2.7.Ventajas de la aplicación de campos eléctricos

 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 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.

2.8.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.

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 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.  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)

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

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