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.