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Tecnología de los AlimentosProcesos de Conservación

IRRADIACIÓN

Irradiación de alimentos

•Uso de radiaciones ionizantes para la estabilización (aplicación)

•Radiaciones ionizantes

•Tipos de procesos de irradiación. Clasificación.

•Fuentes, intensidad y dosis

•Efectos de la radiación absorbida

•Cálculo de la dosis absorbida (diseño y operación)

•Instalaciones comerciales de irradiación


•Uso de radiaciones ionizantes para la estabilización.

•Tratamiento equivalente a la pasteurización o esterilización

•Desactiva enzimas, mata microorganismos y parásitos

•“Esterilización fría”: Implica incrementos de Tª insignificantes•Produce algunas sustancias extrañas “productos de radiolisis”


•Uso de radiaciones ionizantes para la estabilización.

Utiliza radiación de alta energía

Aplicable (potencialmente) a una amplia gama de alimentos

Aplicable en condiciones desfavorables

Aplicable en alimentos termolábiles y a envases termosensibles



•Son radiaciones de energía suficiente para romper enlaces covalentes

•“Ionizantes” porque a menudo tienen fuerza para arrancar electrones de enlace completamente

•Esto se cumple para energías superiores a 0,5 MeV

•El límite superior es 10 MeV, para evitar la radioactividad inducida



•Radioactividad inducida

Impacto de fotones/partículas de energía superior a 25 MeV que arrancan o destruyen partículas del núcleo atómico

Formación de isótopos inestables

•Radiolisis Aparición de radicales libre y enlaces extraños

Resultado: aparición de sustancias extrañas ajenas al alimento

Subsiguientes reacciones de estabilización química



•Inactivación de enzimas

Impacto de fotones y rotura de enlaces

•Muerte de microorganismos

Destrucción de componentes vitales•Destrucción de insectos, larvas y huevos

Reacciones con productos de radiolisis

Destrucción de componentes esenciales para la vida

Daños graves al matarial genético

Envenenamiento por radiolíticos

Daños leves o graves al material genético



•Rayos gamma: fotónes (sin carga ni masa)

•Partículas beta: electrones a gran velocidad

•Partículas alfa: núcleos de helio a gran velocidad

Radiación de energía elevada



Otros tipos de radiación

•Protones•Neutrones (fisión nuclear ó activación radioactiva)•Otras partículas subatómicas (sin efecto)•(Positrones)

Radiación de interés alimentario

•Ionizante (>0,5 MeV)•No radiactividad inducida (<25 MeV, por seguridad 10)•Penetrante (poca carga, poca masa)•Fácil de producir


•Radiaciones ionizantes Radiación de interés alimentario

•Radiación gamma (de Cobalto 60 o Cesio 137)

•Muy penetrantes•Provenientes de reacciones nucleares•Fuentes baratas•Desventaja: peligro de custodiar y manipular la fuente

•Radiación beta: aceleradores de electrones (rayos β ó rayos de electrones)

•Poco penetrantes•Adecuados para superficies o cuerpos poco espesos o densos•Fuente controlable en intensidad y energia•Ventaja: fuente segura



Rayos Gamma 60Co 1,25 Mev

137Cs 0,66 Mev

Rayos X Acelerador de e- <5 Mev

Electrones acelerados Acelerador de e- <10 Mev

De isótopos radioactivos

Aceleradores de electrones

•Energía: según isótopo•Se escoge radiación γ•Intensidad: fija, regulable por ventanas

•Energía regulable•Intensidad regulable•Sólo se pueden acelerar partículas con carga


•Fuentes, intensidad y dosis: propiedades de las fuentes

•Energía

•Intensidad

Energía que lleva el fotónFija en las fuentes de isótoposAjustable en los aceleradores

Número de fotones/partícula que llegan en la unidad de tiempo

Regulable en los aceleradores, dentro del margen técnico

Proporcional a la cantidad de material en las de isótopos

Isótopos: atenuables por distancia o por interposición de persianas



Actividad de la fuente

Dosis absorbida

Dosis biológica efectiva

Intensidad

Unidad antigua

Curie Rad Rem Roentgen

Unidad SI Becquerel Gray Sievert ...

•Actividad (A): número de fotones que emite la fuente en la unidad de tiempo•Intensidad (I): número de fotones que alcanzan al objetivo en la unidad de tiempo y por unidad de superficie•Dosis (D): Cantidad de ENERGÍA absorbida por unidad de masa

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/radrisk.html











r

PeraD I S t= ⋅ ⋅

Spera: Sección de intersección o “sombra” de la pera

(sólo si se absorbe TODA la

RADIACIÓN)

t: tiempo de exposición

2··4 rA

Iπ

=



r

PeraD f I S t= ⋅ ⋅ ⋅ f: fracción absorbida

Parte de la radiación escapa

2··4 rA

Iπ

=



Io

I

•Atenuación de la radiación dentro de la pera

Hace que la absorción de radiación no sea homogenea

Io

I

x

( ) ak xoI x I e− ⋅= ⋅

ka: constante experimental

1ln o

aIk IL

=

1 ak Lf e− ⋅= −

Además





Io

I

Dosis media y dosis mínimaLa absorción de radiación no es homogenea: usamos estos indicadores

( ) ak xoI x I e− ⋅= ⋅

( )1 ak LoI tD e

Lρ− ⋅⋅= −

⋅

Más dosis aquí

Menos dosis aquí

Aceptando esta ecuación

Dosis media (simplificada)

minak LoI t

D eLρ

− ⋅⋅=⋅

Dosis mínima

Además, se cumple que

feDD

Lka −== − 1

11minmax

·L: Punto del alimento al que la radiación llega con mayor camino recorrido. Es el extremo opuesto a la entrada o el centro, según diseño.





Io

I

Dosis media y dosis mínimaLa absorción de radiación no es homogenea: usamos estos indicadores

( ) ak xoI x I e− ⋅= ⋅

( )21 ak LA Ef t

D er Lπ ρ

− ⋅⋅ ⋅= −⋅ ⋅ ⋅

Más dosis aquí

Menos dosis aquí

Aceptando esta ecuación

Dosis media (simplificada)

min 2ak LA Ef t

D er Lπ ρ

− ⋅⋅ ⋅=⋅ ⋅ ⋅

Dosis mínima





Io

I

Diseño de un proceso de Irradiación

•Determinar dosis necesaria para el efecto deseado

•Elegir radiación, obtener sus características de energía y atenuación

•Comprobar si es posible no sobrepasar límites mínimos y máximos

•Determinar distancia a la fuente en función del tiempo de exposición o

viceversa

•Si es un diseño nuevo, se puede jugar con la actividad de la fuente


•Efectos de la irradiación

•extension of shelf-life of fruits (0.5-1.5 kGy)

• Control of harmful bacteria in fresh meat and poultry (1.5-4.5 kGy)

• control of insects, parasites or micro-organisms (0.15 to <1kGy)

• delay of ripening (0.5-2 kGy)

• inhibition of sprouting (0.05-0.15 kGy)


•Tipos de procesos de irradiación. Clasificación.

•Dosis Baja (hasta 1 kGy): es usada para demorar los procesos fisiológicos, como maduración y senescencia de frutas frescas y vegetales, y para controlar insectos y parásitos en los alimentos.

•Dosis Media (hasta 10 kGy): es usada para reducir los microorganismos patógenos y descomponedores de distintos alimentos; para mejorar propiedades tecnológicas de los alimentos, como reducir los tiempos de cocción de vegetales deshidratados; y para extender la vida en anaquel de varios alimentos.

•Dosis Alta (superior a 10 kGy): es usada para la esterilización de carne, pollo, mariscos y pescados, y otras preparaciones en combinación con un leve calentamiento para inactivar enzimas, y para la desinfección de ciertos alimentos o ingredientes, como ser especias.


•Efectos de la radiación absorbida

No crecimiento de mohos

Inhibición de brotes

Irradiación de alimentos •Efectos de la radiación absorbida

•RADURIZACION prolongar el tiempo de comercialización por reducción de la contaminación microbiana total, banal, en un proceso similar al de la pasteurización

•RADICIDACIÓN controlar el desarrollo de microorganismos patógenos no esporulados (excepto virus), tales como Salmonella en pollo y huevos

•RADAPERTIZACIÓN esterilizar alimentos, es decir, aplicar un tratamiento capaz de conservarlos sin desarrollo microbiano, a temperatura ambiente durante años, lo cual se asemeja a la esterilización comercial


La reducción de microorganismos depende de la dosis absorbida

D = I·t

Ln (N/No)I t

oN N e− ⋅= ⋅

Irradiación de alimentos Instalaciones comerciales de irradiación

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