10/09/2009

1

CONSERVACION DE

ALIMENTOS

Inicialmente: Secado al sol y salado

Avance mayor tecnificación:•Temperatura•Aw

H•pH•Conservadores

DAÑO CONSIDERABLE EN LA CALIDAD

Aplicación de estos métodos por separado

Más frescosDe mayor calidadDe mayor convenienciaMás naturales

Nutricionalmente saludables y seguros

Con menos aditivos artificiales

Ready-to-eat

Los consumidores están demandando alimentos:

ALIMENTOS MÍNIMAMENTE PROCESADOS

Combinación inteligente de factores de conservación a

Frente a estas demandas surge

Donde se aplican

Combinación inteligente de factores de conservación a bajas dosis que representan obstáculos para el crecimiento

microbiano y que interactúan aditiva o sinergísticamente

TECNOLOGÍA DE OBSTÁCULOS O DE BARRERAS

Dosis bajas de varios factores aprovecha interacciones significativas

Menor pérdida de calidad y seguridad

Efecto barrera para controlar procesos de

deterioro

10/09/2009

2

Temperatura (alta o baja)

Actividad de agua (aw): puede ser reducida por deshidratación o por adición de solutos como sal, azúcar, y bajando la temperatura. Muy pocos microorganismos y ningún patógeno crece a aw menor que 0,7.

Acidez (pH): el descenso aumenta la estabilidad microbiológica. Se logra

OBSTÁCULOS CONVENCIONALES USADOS :

(p ) g gnaturalmente por fermentación o artificialmente por adición de acidulantes.

Sal. La adición de sal tiene como principal efecto la reducción de aw, pero tiene por sí misma efecto bacteriostático.

Potencial redox (Eh). Determina el crecimiento de microorganismos aerobios (Pseudomonas) o anaerobios (Clostridium) e influencia el color y flavor del alimento. Esta influenciado por la eliminación de aire (O2 ), la exclusión de luz, la adición de sustancias reductoras (ac. ascórbico), el crecimiento de bacterias, la presencia de nitrito, la temperatura y especialmente el pH.

Conservadores (Nitritos, sorbatos, sulfitos)

Barreras de Origen Microbiano (flora competitiva y/o cultivos Iniciadores). Las bacterias ácido lácticas son particularmente apropiadas en la conservación ya que reducen el pH, actúan como antagonistas o producen metabolitos antimicrobianos (bacteriocinas)

COMBINACIÓN DE FACTORES PARA LA CONSERVACIÓNDE ALIMENTOS

Frutas de humedad intermedia

Frutas de alta

humedad

Alimento vegetal

mínimamente procesado

10/09/2009

3

Selección, lavado, pelado y

cortado

2 min con t d

FRUTAS DE ALTA HUMEDAD AUTOESTABLES

Materia prima (mango, papaya, piña, durazno,

etc.)

Escaldado

EQUILIBRIOAdición de jarabe,

ácido fosfórico/cítrico, sorbato de potasio y

bisulfito de sodio

pH 3 0-4 1

vapor saturado y enfriado

con agua corriente

pH 3.0-4.1, aw = 0.94 - 0.98,

1,000-1,500 ppm SK150 ppm SO2

Envasado

En frascos de vidrio o en bolsas de PE, con suficiente jarabe para cubrir las piezas

de fruta

PAPAYA DE ALTA HUMEDAD AUTOESTABLE CONSERVADA POR MÉTODOS COMBINADOS

Selección de fruta, lavado y

pelado

Cortado en cilindros (2 2 cm diám 2 cm(2.2 cm diám., 2 cm

altura)

Deshidratación osmótica con

pulsos de vacío

10 min a 60 mbar y 50 min a presión

atmosférica

aw= 0 98 pH 3 5

Jarabe de sacarosa (60ºBx) con 5% ácido

cítrico y 0.1% de sorbatode potasio

(1:20 - fruta:jarabe)

aw= 0.98, pH 3.5, sorbato de potasio

500 ppm

Empacado en bolsas de polietileno

Temperatura dealmacenamiento recomendada,

25ºC máx.

10/09/2009

4

NUEVAS TECNOLOGIAS DE CONSERVACION

Menos agresivos (tratamientos no térmicos).

Menor consumo energético.

Vida útil más prolongada.

Eliminación de aditivos (E-)

Más efectivos contra los microorganismos, más seguros.

Que preserven las cualidades sensoriales del alimento.

Que preserven las cualidades nutritivas del alimento.

10/09/2009

5

OBSTACULOS NUEVOS O RECONSIDERADOS:

Pulsos eléctricos

Altas presiones

Calentamiento ÓhmicoCalentamiento Óhmico

Antimicrobianos naturales (especies, hierbas, extractos, microorganismos)

Atmósferas modificadas y/o controladas

Películas comestibles

Uso de flora competitivaUso de flora competitiva

Pulsos de luz

Ultrasonido

4000 kgPresión =Fuerza

Superficie

ALTAS PRESIONES

0 03

MPa

4 cm2

1000 bar = 100 MPa

0,03

0,1

100

1 atmosfera 0,101 MPa1,013 Bar1,033 kg/cm2

1000

360 000

10/09/2009

6

ALTAS PRESIONES

Principio: Aplicación de una presión de manera uniforme

(isostática) en todas las direcciones y casi instantánea a

todos los puntos del alimento.

100-800 MPa ≅ 10-80 atm

Transmitida inmediata y uniformemente a

todo el alimento (envasado al vacío)

El tiempo de aplicación de la presión puede

oscilar entre unos pocos minutos y algunas

horas, y la temperatura de tratamiento puede ir

de los –20 a los 90ºC.

Independencia del tamaño y geometría

Efecto uniforme en todo el alimento

Ventajas

Mínimo calentamiento

Reducción cambios químicos

No aditivos

Reducción de cambios en propiedades sensoriales y físicos

Conservación compuestos termolábiles

Tecnología efectiva, segura y limpia

10/09/2009

7

Generadores de altas presiones

Modo directo

Llenar el equipoIntroducir el alimentoCerrar el equipoPresión : pistónDespresurizarAbrir el equipo

Agua

Modo indirecto : mas utilizado

Bomba alta presion

Cierre del equipoLlenadoPresión (bomba)DespresurizarVaciado del equipoAbertura del equipo

Introducir el alimento

10/09/2009

8

600

700

25

30

0

100

200

300

400

500

Pres

sure

(MPa

)

0

5

10

15

20

25

Tem

pera

ture

(°C

)

00 240 480 720 960

Time (s)

0

Las 3 etapas del proceso altas presiones

Se comprime poco: 4% a 100 Mpa, 10% a 300 mPa y del 15% a 600 MPa, a una temperatura de 22ºC.

La compresión adiabática produce un aumento de 2 a 3°C por cada 100 MPa.

El punto de fusión disminuye con el incremento de la presión, -5°C a 70 MPa y

EFECTOS DE LA ALTA PRESIÓN SOBRE EL AGUA

-20°C a 200 MPa. Puede ser líquida a -20ºC.

Se disocia. El pH disminuye por la presión, pasando de 7 a 6,27 cuando la presión aumenta de 0,1 a 1000 MPa.

Los cristales de hielo formados bajo presión son de menor tamaño (menos pérdida de agua y estructura más homogénea)

10/09/2009

9

Estructura IVriaEstructura IIIraEstructura IIriaEstructura Ira

Efecto sobre proteinas

Ninguna modificación de la estructura Ira

Modificación de la estructura (IIria), IIIra, IVria

helix aLamina b

Efectos variables con el tipo de proteína y el proceso (T, P, pH)

Desnaturalizaciones reversibles para P ≤ 150 Mpa

Efecto sobre glucidos

Glucidos simples establesModificación glucidos complejos

Efecto sobre lipidosAumento de la temperatura de fusiónOxidación : ?

Efecto sobre vitaminasNinguno (vitamina C)

10/09/2009

10

El comportamiento de los sistemas bioquímicos bajo presión está gobernado también por el principio de Le Chatelier:

AP favorece las reacciones que implican una disminución de

volumen.

Efectos sobre los enlaces químicos

Interacciones electrostáticas ruptura interacciones iónicas

Interacciones hidrógeno poco sensibles a la presión

formación

Interacciones hidrofóbicasla presión favorece su ruptura

Otras (enlaces covalentes) : ningún efecto

- Desnaturalización de proteínas

- Agregación de proteínas

Mecanismos de inactivación

- Inactivación de enzimas

- Cambio de volumen en la células

- perturbación del balance fisico-químico de la célula

- permeabilidad de la membrana

bi d i ibl t l di l i t i d l él l- cambio de masa irreversible entre el medio y el interior de la célula

- daños a estructuras internas

- cambios morfológicos

- disminución del pH (agua y grupos ácidos)

10/09/2009

11

Efecto sobre microorganismos

Inactivación de bacterias, levaduras y mohos para P > 200 MPa (Gram

+ mas resistentes que Gram -)

Depende de las condiciones del proceso, del medio y del tipo de

microorganismos; fenómenos envueltos: permeabilidad de la membrana

La inactivación de las esporas es imposible para P<800 MPa yLa inactivación de las esporas es imposible para P<800 MPa y

temperatura ambiente : esterilización imposible (procesos combinados ?)

Consecuencias de los efectos sobre microorganismos

Estabilización de los alimentos

Almacenamiento al frío (actividades enzimaticas residuales)

Mantenimiento de las propiedades nutricionales y organolépticas

Sabor de alimento crudo

La reacción de Maillard no se desarrolla

"Descontaminación" de productos (ex. : Listeria free food, USDA)

10/09/2009

12

MATERIAL DE ENVASE: debe resistir cambio de volumen del medio

de presión (agua con agentes anticorrosivos o aceites sintéticos), sin

perder las propiedades de barrera ni la integridad del sellado

-Tipo y número de microorganismos

Formas vegetativas o esporuladas

Sensibilidad varía con la especie la cepa y la etapa de crecimiento

EFECTO BACTERICIDA DEPENDE DE:

Sensibilidad varía con la especie, la cepa y la etapa de crecimiento

- Magnitud y duración del tratamiento

> presión mayor mortalidad, > tiempo mayor mortalidad hasta un valor

determinado

- Temperatura del tratamiento

Resistencia máxima entre 15 y 30°C y disminuye a altas y bajas

temperaturas (cambios membrana y su fluidez)

- Composición del medio suspensión, pH

Medios nutritivos aumentan la tolerancia

Reducción Aw mejora la resistencia (engrosamiento membrana)

10/09/2009

13

APLICACION

Áreas de aplicaciónDescongelación de alimentos

Gelificación (proteínas)

Pasteurización de jugos y productos

E ld d d f d

Jugos y bebidas18 %

Pescadoy mariscos

19 %

Otros4 %

Escaldado de frutas y verduras

Productosde carne

26 %

Otros productosvegetales

33 %

Productos vegetales (desde 1990)

10/09/2009

14

Productos de carne y pescado

Mariscos

Recuperación de la carne de los bogavantes

Abertura de las ostrasAbertura de las ostras

10/09/2009

15

Frenos al desarollo :

Precio de los equipos ejemplos de modelos Nicolas Correa HyperbaricPrecio de los equipos, ejemplos de modelos Nicolas Correa Hyperbaric

Wave 6000/55 litros Wave 6000/150 litros Wave 6000/300 litros

Coste 528 k€ Coste 998 k€ Coste 1448 k€

Pero : coste de funcionamiento : entre 0,05 y 0,19 € / kg segúnel equipo, el llenado, el tiempo y la presión de Tratamiento

CAMPOS ELÉCTRICOS PULSANTES DE ALTA INTENSIDAD

Involucra la utilización de pulsos eléctricos de alto voltaje ( 20-80 kV) por cortos períodos de tiempo

(pocos microsegundos) en el alimento colocado entre dos electrodos

Inactivación de enzimas y

microorganismos

Mínimo calentamientoReducción cambios químicosNo aditivosReducción de cambios en propiedades sensoriales y físicosConservación compuestos termolábilesTecnología efectiva, segura y limpia

Ventajas

10/09/2009

16

10 mV Vc ~ 1 V

Mecanismos de inactivación microbiana

La inactivación se basa en la teoría de la ruptura eléctrica

Aplicación de CE a células biológicas produce un

t i l dif i l (V) Las membranas

Si el CE alcanza un valor crítico (Vc∼1V) = ruptura de la membrana celular

potencial diferencial (V) promovido por una mayor

separación de cargas electrostáticas a través de la

membrana

Las membranas biológicas pueden ser consideradas

un capacitor.Potencial normal de la membrana

10 mV.Contracción de la

membrana

Formación de poros que se llenan de solución conductora = descarga de la

membrana

Reversible: poros pequeños en relación a la membrana

Irreversible: si tamaño y numero de poros es grande = destrucción mecánica

Cuando el potencial transmembranal alcanza un valor crítico se produce la electroporación o formación de poros en la membrana celular

La aplicación de CE produce la desestabilización de la capa lipidica y las La aplicación de CE produce la desestabilización de la capa lipidica y las proteínas de membrana, por lo que la membrana se hace permeable a

pequeñas moléculas

El tamaño de poro incrementa con la intensidad del campo y la duración del pulso

10/09/2009

17

Efecto bactericida mejora con:

Número, duración y velocidad de pulsos

Mayor intensidad de campo

Mayor temperatura (desestabilización de la membrana)

Menor pH (transporte de H+, disminución del pH del citoplasma produce

desestabilización de la membrana)

Mayor resistencia eléctrica del alimento

Menor fuerza iónica:Menor fuerza iónica:

mayor capacidad dieléctrica

membrana mas estable a mayor fuerza iónica

Fase exponencial de crecimiento del mo (membrana mas fina)

Tipos de pulsos20–80 kV

Pulso de disminución exponencial Pulso cuadrado

Pulsos bipolares

10/09/2009

18

LOS ASPECTOS MÁS IMPORTANTES:

Generación de campos eléctricos pulsantes de alta intensidad

Diseño de cámaras para el tratamiento del alimento de tal manera que éste reciba un

tratamiento uniforme con un mínimo incremento de la temperatura

Diseño de electrodos para minimizar la electrolisisDiseño de electrodos para minimizar la electrolisis

TIPOS DE PRODUCTOS

Capaces de soportar PEF de alta intensidad sin producir ruptura dieléctrica (conductor).

La constante dieléctrica del alimento esta estrechamente relacionada a su estructura física

y composición química.

( )Líquidos homogéneos de baja conductividad eléctrica (ideal)

Alimentos sólidos, si la ruptura dieléctrica puede ser prevenida

Fluidos con burbujas, eliminar aire (arcos eléctricos dañan cámara y electrodos)

Sólidos sin burbujas

Tamaño de partículas limitado por la apertura a la región de tratamiento

EQUIPOS

10/09/2009

19

EQUIPOS-Cámaras de tratamiento

Estáticos

U-shapedpolystyrene

Continuos

Continuous treatment chamber with baffles

Cross-sectional view of a coaxial treatment chamber

38

Continuous chamber with ion conductive membrane

10/09/2009

20

Alimentos líquidos: Jugos de frutas y hortalizas, Fluidos lácteos y huevo

10/09/2009

21

CALENTAMIENTO OHMICO

Corriente alterna de baja

Se hace pasar una corriente eléctrica a través del alimento. Debido a la resistencia eléctrica que ofrece el medio se calienta

frecuencia 50-60 HzPotencias de 5 KV

Q = I2 . R = σ . V2

σ= conductividad eléctrica

- Calentamiento rápido y uniforme – generación interna de energía (calentamiento volumétrico)

-Gastos operación bajo (90% E convertida en calor)

- Bajo daño térmico (no superficie caliente)

σ= conductividad eléctrica

10/09/2009

22

Flujo eléctrico, Temperatura, Tiempo

Velocidad calentamiento:

Efecto bactericida depende de

Aumenta con la conductividad eléctrica alimento

Aumenta con la temperatura del medio

Forma, tamaño, concentración y Cp de los sólidos

Viscosidad (mejora con agitación)

Orientación relativa de los electrodos

Los sólidos aislantes no se calientan por CO sino por conducción térmica: quesos, grasas, aire, alcohol, huesos

Contaminación por Electrólisis-Disolución de electrodos metálicos

Electrodos deben refrigerarse para evitar calentamiento excesivo

PROBLEMAS

Efecto térmicoMuerte microorganismos

Inactivación enzimática

EFECTOS SOBRE LOS ALIMENTOS

Pasaje electricidad produce efecto letal ????

Electroporacion a alto voltaje

10/09/2009

23

Menor tiempo que otros métodos

USOS EN ALIMENTOS

Blanqueado vegetales

Evita troceado para aumentar superficie contacto

Reduce perdida soluto (menor daño celular)

Efectos sobre la calidad

Mejor textura, flavor y retención de nutrientes que métodos

de calentamiento convencionales

10/09/2009

24

D tiempo de reducción decimal: tiempo (min ) para que la población original se reduzca a un décimo

Z incremento en la T par que el tiempo de reducción decimal disminuya a la décima parte

10/09/2009

25

Jugo de tomate, naranja y leche

Salsas, carnes, sopas