Conservacion de alimentos por pulsos luminosos y sonidos

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL 4263390179070Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción 5715106680Ingeniería en Alimentos Tema: Métodos No Convencionales de Preservación de Alimentos Pulsos Luminosos y Sonidos Materia: Ingeniería de Procesos II Profesora: MSc. Fabiola Cornejo Integrantes: Danny Tagle Diana Coello Yuleen Hidalgo 3644265167005 Gaby Guevara Fecha de entrega: 5 de Septiembre del 2011 INDICE Presentación1 Índice2 Introducción4 Objetivos5 Procesos No Convencionales6 Pulsos Luminosos6 Luz Blanca7 Principio del Método8 Ventajas9 Desventajas10 Efectos en los Microorganismos y en los Componentes Alimenticios11 Aplicaciones13 Ultravioleta13 Principio del Método14 Ventajas15 Desventajas15 Efectos en los Microorganismos y en los Componentes Alimenticios16 Aplicaciones16 Infrarrojo17 Principio del Método17 Ventajas20 Desventajas20 Efectos en los Microorganismos y en los Componentes Alimenticios20 Aplicaciones21 Ultrasonido22 Principio del Método23 Ventajas25 Desventajas26 Efectos en los Microorganismos y en los Componentes Alimenticios26 Aplicaciones27 Bibliografía29 INTRODUCCION Actualmente en la Industria Alimentaria no solo es importante alargar la vida útil del producto, sino también que éstos logren conservar en lo más posible su calidad nutricional y sensorial. Los procesos térmicos, a pesar de su eficacia, plantean problemas en relación con la calidad, es por esto que en la Industria se dedica especial atención al desarrollo de nuevas tecnologías que se basen en fundamentos físicos e incluso químicos que permitan considerar este factor en la elaboración de productos alimenticios. Estos procesos que incluyen nuevas tecnologías para no solo considerar la inocuidad sino también la calidad de los alimentos se denominan procesos no convencionales. Dentro de ellos encontramos diversos métodos que se basan en el uso de varios principios, uno de estos son los pulsos luminosos y sonidos. Los primeros involucran los rayos ultravioletas, infrarrojo y luz blanca, mientras que cuando hablamos de sonidos nos referimos principalmente a los ultrasonidos. En el presente trabajo investigativo encontraremos los principios en los que se basan los métodos no convencionales anteriormente mencionados así como sus respectivas ventajas, desventajas, aplicaciones y efectos sobre los microorganismos que son objeto de estudio en todos los métodos de conservación de alimentos. METODOS NO CONVENCIONALES DE PRESERVACIÓN DE ALIMENTOS: PULSOS LUMINOSOS Y SONIDOS OBJETIVO: General: Conocer y familiarizarse con los métodos no convencionales de preservación de alimentos y su aplicación actual en la Industria. Específicos: Identificar las ventajas y desventajas de la conservación de alimentos basada en el uso de pulsos luminosos y sonidos como lo son ultravioleta, infrarrojo, luz blanca y ultrasonido. Conocer los fundamentos físicos en los cuales se basan los procesos anteriormente mencionados y como estos afectan no solo a los microorganismos sino también a los diversos componentes de los alimentos. Saber un poco más acerca de las aplicaciones que pueden tener estos métodos en la industria de los alimentos y como estos pueden ayudar a mejorar la calidad considerando inocuidad. REVISION LITERARIA PROCESOS NO CONVENCIONALES Los métodos tradicionales de conservación de alimentos basados en tratamientos térmicos, aunque eficaces para garantizar su seguridad, tienen algunos efectos negativos sobre el producto, como pérdida o reducción de ciertos nutrientes o alteración de sus características sensoriales. Por esta razón, tanto los centros de investigación especializados como los departamentos I+D de las industrias alimentarias están realizando un esfuerzo en desarrollar dos líneas de trabajo: por un lado nuevas tecnologías de conservación con tratamientos térmicos alternativos o mejora de los ya existentes y, por otro lado, la búsqueda de procesos de conservación de alimentos sin aplicación de calor, es decir, no térmicos. Los tratamientos de conservación de alimentos no térmicos, denominados también tecnologías suaves, son poco agresivos y tienen la ventaja de ofrecer productos muy semejantes a los frescos y, por tanto, muy acordes con las demandas actuales de mercado, pero sin perder sus garantías en materia de seguridad alimentaria. PULSOS LUMINOSOS Uno de los tratamientos suaves de conservación es el que se realiza mediante luz pulsada. Se trata de una técnica que aplica, de forma sucesiva, pulsos o destellos de luz con un espectro entre el ultravioleta y el infrarrojo próximo con una duración muy corta, lo que provoca que la energía transmitida sea muy intensa, aunque el consumo total del proceso sea moderado. Pese a que el mecanismo de inactivación microbiana no está todavía bien definido y se encuentra en fase de estudio, se ha comprobado que actúa tanto sobre formas vegetativas como sobre esporas de resistencia, así como en procesos enzimáticos implicados en el deterioro del alimento. Estos factores favorecen que se disminuya el riesgo microbiológico del producto y aumente su vida útil. En la UE este tratamiento se encuentra en fase de investigación y aprobación. Uno de los objetivos de estas aplicaciones es mejorar la calidad y seguridad de los productos pesqueros de consumo con un mínimo o ningún procesamiento. En España, el centro de investigación AZTI-Tecnalia, dentro de su línea de Nuevas Tecnologías, participa en el proyecto europeo SEAFOODplus, que ya aplica este tipo de tratamiento. La aplicación de pulsos de luz blanca de alta intensidad es un tratamiento limitado a la superficie de los productos, que puede utilizarse para la pasteurización de líquidos transparentes y alimentos envasados en materiales transparentes. También puede aplicarse para la esterilización de superficies de materiales y equipos. El espectro de luz utilizado incluye longitudes de onda desde el ultravioleta lejano (200nm) hasta la región del infrarrojo cercano (1100nm). La distribución del espectro es un 25% ultravioleta, 45% luz visible y 30% infrarrojo. La intensidad de los pulsos varía entre 0.01 y 50 J/cm2 (aproximadamente unas 20.000 veces superior a la radiación solar sobre la superficie terrestre). La duración de cada pulso es de 200-300 ms y la frecuencia es de 1 a 20 s-1 (11; 12)(1 pulso es 1 a 20 destellos por segundo). Este tratamiento produce cambios fotoquímicos y fototérmicos. Los primeros originan modificaciones en el ADN, en las membranas celulares y en los sistemas de reparación y enzimáticos. Los segundos producen un incremento de la temperatura momentáneo en la superficie tratada que, por la corta duración del pulso, no afecta a la temperatura global del producto. Los equipos utilizados presentan cámaras en las que destellan, con la frecuencia requerida, lámparas de gases (xenón o kriptón) de alta intensidad y eficacia. LUZ BLANCA El efecto gérmico de la luz solar se debe sobre todo la radiación UV que recibe la superficie de la tierra. La longitud de onda se sitúa entre 290 y 300 nm. La altitud y transparencia de la atmósfera afectan a su eficacia. La luz visible se localiza en el espectro electromagnético a longitudes de onda entre 400 y 750 nm y es absorbida por relativamente pocos de los muchos compuestos presentes en los organismos no fotosintéticos. La luz que no se absorbe tiene muy poco, o ningún efecto. Esto es también cierto para la luz UV de longitudes de onda superiores a 300 y 400 nm la radiación UV de longitud de onda de menos de 300 m es, por otra parte fuertemente absorbida por las proteínas y los ácidos nucleicos. Principio General del Método La luz pulsada en general se produce usando tecnologías de ingeniería que multiplican el poder. Acumular energía eléctrica en un condensador de almacenamiento de energía durante tiempos relativamente largos (una fracción de segundos) y liberar esta energía almacenada para hacer un trabajo en un tiempo mucho más corto (millonésimas o milésimas de segundo) magnifica el poder aplicado. El resultado es una potencia mayor durante el ciclo de trabajo, con un consumo moderado de energía. Energía eléctrica de baja intensidad es tomada de una fuente primara. Acumulada y temporalmente almacenada. Rápidamente liberada y convertida en pulsos eléctricos de alta intensidad, los cuales son después, Convertidos en pulsos luminosos de alta intensidad y finalmente son enviados a la muestra objetivo. El sistema utiliza una lámpara de Xenón que libera muy rápidamente la energía eléctrica en forma de luz a la superficie del producto que se encuentra en la cámara de tratamiento. Se componen una superficie reflectante y las lámparas de Xenón. Se asemeja a un horno cualquiera como se puede ver también en la foto siguiente. Ventajas No necesita de tratamientos adicionales para ejercer el efecto para el cual se aplica este método que es obtener un alimento parcialmente inocuo. En general el efecto de pulsos de luz sobre alimentos produce aumentos muy pequeños de temperatura que en algunos casos se han cuantificado de 5 ºC, por lo que es una técnica que no produce graves alteraciones en la calidad sensorial de los alimentos, es decir, las propiedades organolépticas no sufren alteraciones. En el caso de pulsos de luz con alto contenido en UV se debería estudiar para el caso de alimentos ricos en grasas el posible efecto, ya que se piensa que pueda provocar enranciamiento oxidativo por formación y liberación de radicales libres. Respecto a las propiedades nutricionales de los alimentos no se ha descrito nunca que exista una desnaturalización de proteínas por tratamientos con pulsos de luz, ni es probable que la pequeña variación en la temperatura produzca termodegradación de las vitaminas. Por ello esta técnica se considera bastante apropiada para la Efectivo en alimentos ricos en hidratos de carbono como las frutas y vegetales. Destruye células vegetativas e incluso algunas esporas. Pasteurización de superficie de alimentos empacados. Si existió una mala manipulación del alimento después de empacar este método puede ayudar mucho. Posee muchas investigaciones a favor y su aplicación comercial es inminente. Desventajas Solo puede ser utilizado en la pasteurización de líquidos transparentes, pasteurización de la superficie de alimentos empacados, esterilización de empaques y en la reducción de carga microbiana de la superficie de productos secos como la carne. Su efecto solo es superficial lo cual no ayudaría a conservar totalmente a un determinado alimento. La transparencia, resulta crítica, en el caso de alimentos se han observado desinfecciones parciales debido al efecto de apantallamiento que sufren las fuentes de pulsos luminosos que son altamente direccionales. Además los microorganismos pueden residir en fisuras o irregularidades del alimento, o penetrar bajo la epidermis, lo que hace que disminuya la efectividad del tratamiento, obligando a prolongar su duración, incidiendo por consiguiente de manera negativa en la calidad del mismo. Esta tecnología ha demostrado no ser eficaz en alimentos ricos en grasas o proteínas, ni contra L. Monocytogenes, P. Phosphoreus o C. Lambica. La distancia de la fuente de pulsos luminosos ha demostrado ser uno de los inconvenientes mayores de esta tecnología. A mayor distancia los efectos letales son menores. Efectos en los Microorganismos y en los Componentes Alimenticios La luz que se transmite con los pulsos son capaces de dañar el DNA de los microorganismos, proteínas y producir la ruptura de las membranas celulares. Todo ese daño dependerá de la frecuencia y duración de los pulsos de luz, la longitud de onda de la luz utilizada y distancia al producto a tratar. Microorganismos La letalidad de la luz pulsada es diferente para las diferentes longitudes de ondas. Por eso se puede usar el espectro completo o longitudes de onda específicas para tratar alimentos. Las longitudes de onda conocidas que originan productos indeseables en alimentos se eliminan filtrándolos con filtros de vidrio o líquidos. La luz pulsada induce reacciones fotoquímicas o fototérmicas en alimentos. Las luces ricas en UV producen cambios fotoquímicos, mientras que la luz visible e infrarroja puede causar cambios fototérmicos. La luz UV ha demostrado inactivar patógenos y organismos indicadores (Chang, et al; 1985). Los efectos antimicrobianos de estas longitudes de onda se medían principalmente a través de la absorción por sistemas altamente conjugados de doble enlace carbono-carbono en proteínas y ácidos nucleicos (Jay, 1992). El modo de acción del proceso de luz pulsada se atribuye a los efectos únicos de los picos altos de energía y el amplio espectro del destello. El principal objetivo celular son los ácidos nucleicos. La inactivación ocurre por diferentes mecanismos, incluyendo las modificaciones químicas y la división del DNA. El impacto de la luz pulsada en las membranas de las proteínas y otro material celular ocurre probablemente de acuerdo con la destrucción del ácido nucleico. Por ejemplo la motilidad de E. coli cesa inmediatamente después de su exposición a la luz expulsada. Los experimentos diseñados para evaluar la reparación enzimática del DNA usando luz pulsada han demostrado que esta no ocurre después del tratamiento con luz pulsada. La magnitud de este daño causado por la luz pulsada también podría ser muy masivo para que los mecanismos de reparación sean efectivos. Es concebible que la reparación del DNA en sí se desactiva así como algunas funciones enzimáticas. En resumen se piensa que la intensidad de la energía de la luz pulsada amplifica los mecanismos conocidos de destrucción de los componentes celulares causado por el amplio espectro de luz puede producir un daño irreversible extenso al DNA, proteínas, y otras macromoléculas. (Barbosa-Cánocas, 2005) Enzimas Se ha demostrado que el tratamiento con pulsos luminosos es efectivo para reducir significativamente la actividad de una gran parte de las enzimas como las oxidoreductasas, hidrolasas, lipasas, isomerasas, proteinasas que están presentes en algunas frutas vegetales, carnes, pescados y mariscos, pero solo en una superficie de 0,1 mm de profundidad. (Barbosa-Cánocas, 2005) Propiedades nutricionales Estudios realizados por Dunn en salchichas señalan que no hay diferencia nutricional entre la salchicha expuesta a un tratamiento de 300 Kj/m2 de pulsos luminosos con luz blanca y uno sin tratamiento alguno. Lo único significativo fue la pérdida de riboflavina en las salchichas mientras que en pescado carne de res y pollo no fue significativa la pérdida. Lo mismo afirma Tonon y Agouillon (2003) para la riboflavina y vitamina E, las cuales se redujeron solo un 5% de su concentración inicial con 4 pulsos de luz, mientras que con 8, se redujo un 15%. (Barbosa-Cánocas, 2005) Aplicaciones Esterilización de envases para envasado aséptico Esterilización de equipos Eliminación de microorganismos de alimentos líquidos Reducción de la flora de la superficie de los alimentos sólidos como carne, pescado, pan, platos preparados etc. Inactivación de enzimas responsables de pardeamiento Productos tratados, con resultados bastante satisfactorios, son filetes y porciones de carne y pescado, gambas, carnes de pollo y salchichas. Se utiliza también para pasteurización de líquidos transparentes y alimentos envasados en materiales transparentes. También puede aplicarse para la esterilización de superficies de materiales y equipos. La iluminación fluorescente blanca (fría) de manzanas (2c) a dosis de 14,5 W/m2 durante 72H incrementa el color rojo sin detrimento de su calidad ni del potencial de almacenamiento. ULTRAVIOLETA (UV) La luz UV es una radiación, es decir, una emisión de energía que se propaga a través del espacio y de los materiales, y consiste en exponer con esta radiación al alimento a tratar durante un tiempo determinado, el necesario para conseguir nuestro objetivo. De los tres tipos de luz UV (A, B y C), la UVC es la que tiene poder germicida. Los rayos UV se crean con unas lámparas de mercurio a baja presión, de aspecto similar a los tubos fluorescentes, pero con emisión de UV. La radiación UV-C tiene efecto directo en el DNA de los microorganismos, evitando que se multipliquen las cadenas del mismo, cuando intentan replicarse, mueren. Las células vegetativas son las más sensibles al tratamiento seguidas de las levaduras y mohos, los esporos y virus son más resistentes. Es importante tener en cuenta que todo producto alimenticio, líquido o solido, tiene su propia composición y esto puede determinar la dosis de UV-C. En el siguiente cuadro se muestra la dosis baja y alta de luz UV-C (254 nm) necesaria para inhibir 100% de varios tipos de microorganismos: Principio del Método La manera más simple de construir un sistema UV-C para tratar alimentos líquidos es usando un sistema de tubos concéntricos con una lámpara UV, contenedores para los líquidos, tubos de plástico o tuberías sanitarias, sistemas de refrigeración y bombas. Una lámpara ultravioleta recubierta con una revestimiento (o funda) hecha de cuarzo, como en un intercambiador de calor, puede colocarse dentro de un sistema concéntrico. El líquido fluirá a través de la parte anular. La lámpara UV-C que se encuentra en el centro del sistema proporcionara la cantidad de luz requerida para la desinfección. Por tanto el revestimiento requiere de tubos conectores en las salidas del sistema para utilizarlos como un sistema de circulación. El liquido que pasa a través del sistema se puede re-circular o tratar continuamente en la parte anular para alcanzar el efecto germicida requerido. Sin embargo, se puede conectar más de un sistema de tubos concéntricos en un arreglo para aumentar el efecto germicida en el alimento líquido sin tener que recircularlo. Se puede añadir un sistema de refrigeración en la entrada o salida del sistema concéntrico para enfriar el líquido antes del tratamiento con luz UV. Se pueden usar bombas para controlar la velocidad de flujo y así aplicar la dosis requerida. Se necesitan dispositivos mezcladores antes y después de la unidad de UV-C para asegurar una mezcla apropiada de microorganismos en el sistema y obtener así una muestra representativa para evaluar los microorganismos residuales después del procesamiento. Es necesario un flujo turbulento durante el procesamiento con luz UV para asegurar que todo el producto recibió la misma dosis de luz UV. Ventajas La luz UV tiene la ventaja de que no produce residuos químicos, subproductos o radiación. También es un proceso seco y frio que requiere muy poco mantenimiento, tiene bajo costo ya que no necesita energía como un tratamiento medio. El efecto benéfico de la luz UV-C en alimentos frescos es que puede estimular la producción de fenilialanina amonia-liasa (PAL) que induce la formación de fitoalexinas (compuestos fenólicos), que pueden mejorar la resistencia de frutas y vegetales de microorganismos. Los líquidos que tienen alta transmitancia de luz se pueden tratar fácilmente con radiación UV-C. Se puede someter a procesos de higienización y pasteurización a los alimentos sensibles al calor con cambios mínimos en sus propiedades organolépticas pareciéndose más al producto sin tratar, pero aportando la seguridad alimentaria, sin añadir otros conservantes. Desventajas Una desventaja en el uso de luz UV-C para desinfección es que la unidad o equipo de UV-C se debe colocar tan cerca como sea posible al objetivo en el proceso. Se sabe que la luz UV-C solo penetra a una profundidad muy pequeña en la superficie de líquidos que no sean agua. Aumentar la cantidad de sólidos reducirá la intensidad de penetración de radiación UV-C; las partículas grandes suspendidas también podrían bloquear la incidencia de luz en la carga microbiana. Los líquidos con baja transmitancia, la cual se asocia con materiales con partículas o compuestos orgánicos, pueden presentar dificultades. La población microbiana inicial, partículas y materia orgánica son factores asociados con transmitancia baja de radiación UV-C. Las pequeñas partículas en el liquido pueden reducir la penetración de UV y el efecto germicida de UV puede reducirse enormemente. Por consiguiente, los líquidos con partículas suspendidas se deben tratar formando primero una película delgada para mejorar la penetración de luz UV. Efectos en los Microorganismos y en los Componentes Alimenticios Los efectos de la radiación con luz UV sobre los microorganismos pueden variar de especie a especie y, entre cepas de la misma especie, del medio de cultivo, estado del cultivo, densidad de microorganismos y otras características como el tipo y composición del alimento. Los hongos y levaduras son más resistentes durante la desinfección; sin embargo, los niveles altos de microorganismos deben tomarse en cuenta cuando se usa UV-C para desinfectar. La radiación absorbida por DNA puede detener el crecimiento celular y producir la muerte celular. La luz UV-C que absorbe el DNA causa un cambio físico de electrones que provoca la ruptura de los enlaces del DNA, retrasar la reproducción o muerte celular. Esto significa que el efecto bactericida de la UV-C es básicamente a nivel del acido nucleicos. El efecto obtenido es que la transcripción y replica del DNA se bloquean, comprometiendo a las funciones celulares y eventualmente produciendo la muerte celular. Aplicaciones UV-C se ha aplicado para reducir la carga microbiana de varios tipos de microorganismos en algunos alimentos líquidos. Wright uso una unidad de desinfección con una película delgada de UV-C (10 cámaras individuales en series) para tratar jugo de manzana sin pasteurizar inoculado con una mezcla de 5 cepas de E. coli 0157:H7. Evaluaron la reducción log de E.coli usando diferentes velocidades de flujo, en un rango de 0.999 a 6.48 L/min, lo que corresponde a un rango de 610 a 94 J/m2 encontrando una reducción de 3.81 log (cfu/ml) en jugo de manzana. Sin embargo, esta reducción no es suficiente para alcanzar la reducción microbiana de 5-log recomendada para alimentos líquidos. La luz UV-C también se aplica en frutas frescas, vegetales y raíces antes de almacenarse para cumplir dos objetivos. Uno es el de reducir la carga microbiana inicial en la superficie del producto y el otro es el de inducir la resistencia del huésped a los microorganismos. Se pueden tratar varios tipos de carne con UV-C en la superficie para reducir la carga microbiana antes de su refrigeración. La carne fresca irradiada con luz UV-C reduce la carga microbiana en dos o tres ciclos log, dependiendo de la dosis. Al incrementar la dosis, la reducción microbiana mejora. INFRARROJO El nombre de infrarrojo significa por debajo del rojo pues su comienzo se encuentra adyacente al color rojo del espectro visible. La longitud de onda está dada desde 780-1000 nanómetro. Los infrarrojos se pueden categorizar en: infrarrojo cercano (0,78-1,1 µm) infrarrojo medio (1,1-15 µm) infrarrojo lejano (15-100 µm) La energía infrarroja es una radiación electromagnética emitida por los objetos calientes. Esta radiación emite una energía que calienta los productos que la absorben. Todos los cuerpos con temperatura por encima del “cero absoluto” irradian energía infrarroja; los cuerpos más calientes irradian más energía que los más fríos. La radiación de energía infrarroja proveniente de un cuerpo caliente (elemento calentador) que golpea la superficie de un cuerpo más frío (pieza de trabajo), es absorbida y convertida en energía calorífica. Principio del Método El principio más importante en el calentamiento infrarrojo es que la energía infrarroja se irradia desde la fuente en líneas rectas y no se convierte en energía calorífica hasta que es absorbida por la pieza de trabajo. La velocidad de intercambio calórico de esta radiación depende de: La temperatura en la superficie de los productos calientes y de los que reciben la radiación. Las características de la superficie de ambos materiales La forma de ambos objetos La cantidad de calor emitido por un objeto radiante (denominado cuerpo negro) se calcula a partir de la siguiente ecuación de Stefan-Bolzmann: Q=σAT4 Donde:Q: velocidad de emisión calórica, J•s-1 σ = 5.7•10-8 J.s - 1•m-2.K-4 A: área superficial, m2 T: temperatura absoluta, K. Esta ecuación se utiliza también para un objeto absorbedor perfecto, conocido también como cuerpo negro. Sin embargo, los calentadores radiantes no son radiadores perfectos y tampoco los alimentos son absorbedores perfectos, a pesar de que ambos emiten y absorben una fracción constante del máximo teórico. Para tomar en consideración este efecto se ha desarrollado el concepto de cuerpos grises. Para ellos, la ecuación de Stefan-Boltzmann toma la siguiente forma: Q=EσAT4 Donde E es la emisividad del cuerpo gris (entre 0 y 1). Esta emisividad varía con la temperatura del cuerpo gris y la longitud de onda de la radiación emitida. La cantidad de energía absorbida, y por tanto el grado de calentamiento, varía desde cero hasta absorción completa. Ello viene dado por los componentes del alimento, que absorben radiación en distintas proporciones y de la longitud de onda de la energía radiante. Parte de esta energía se absorbe y parte es reflejada fuera del alimento. La cantidad de radiación absorbida por un cuerpo gris es denominada absortibidad y es igual a la emisividad. La radiación que no es absorbida, es reflejada y se le denomina reflectividad. Ello viene determinado en cierto grado por los componentes del alimento y por la longitud de onda de la energía radiada. Hay dos tipos de reflexión: la que tiene lugar en la superficie del alimento y la que se produce una vez la radiación ha penetrado en la estructura del alimento. La de la superficie es la que produce el brillo que se observa en los materiales pulidos, mientras que la que penetra da lugar al color del alimento. La longitud de onda de la radiación infrarroja se halla determinada por la temperatura de la fuente de radiación. Cuanto más elevada es la temperatura, más corta es la longitud de onda de la radiación y mayor su capacidad de penetración. Equipo Figura. Esquema de un equipo de calentamiento continuo por radiación infrarroja (Adaptado de Wang y Sheng, 2006) Los equipos por calentamiento por radiación infrarroja suelen ser de funcionamiento continuo. Normalmente el alimento es desplazado a una cámara de tratamiento mediante una cinta transportadora. El alimento es irradiado con una fuente de radiación infrarroja normalmente montada sobre un soporte de altura variable que permite regular la distancia entre la fuente IR y el producto. La duración del tratamiento se controla por el tiempo de permanencia que un ordenador puede modificar variando la velocidad de la cinta transportadora. Debido a la baja penetración de la radiación IR los productos a tratar deber ser de pequeño espesor. Fuentes de radiación Existen fuentes incandescentes que utilizan metales (lámparas de W, Re) o cerámicas incandescentes (radiadores de Nerst), diodos emisores de luz (LED) en el infrarrojo han tenido un desarrollo muy amplio y cubren prácticamente todas las regiones del infrarrojo. Ventajas El rápido calentamiento de la superficie de los alimentos retiene en su interior, tanto la humedad, como los compuestos aromáticos. Las transformaciones que provoca en la superficie de los alimentos son semejantes a las que se producen en el horneado. La utilización de tecnología con infrarrojo es versátil, fácil y produce ahorro de energía. Una importante ventaja es que puede aplicarse en un alimento ya envasado siempre que la naturaleza del envase permita que este tipo de ondas llegue al producto. Entre la ventaja de la técnica NIRS se encuentra la rapidez con la que se realizan los análisis y que es una técnica no destructiva y una tecnología limpia, que no altera las propiedades de los productos. La tecnología de pasteurización está disponible para los procesadores en forma de un equipo que es fácil de instalar y se ajusta a la mayoría de las líneas de operación con cambios mínimos. Desventajas La utilización de energía infrarrojo se ve limitada por las características del alimento tales como el grosor del alimento, la rugosidad y forma. Este método no convencional tiene la desventaja de que se produce una cocción en el exterior de los alimentos pero en el interior se pueden presentar crudos. Efectos en los microorganismos y en los componentes alimenticios Al absorber la radiación infrarroja, el contenido energético de la sustancia aumenta, ocurren transiciones en los movimientos vibracionales y rotacionales de las moléculas o los movimientos de red de las sustancias sólidas. Al absorber esa energía la sustancia adquiere una mayor temperatura. O sea la temperatura de una sustancia mide la magnitud de los movimientos de los átomos, moléculas o redes. En los sistemas semiconductores, para muchas sustancias, la brecha de energía puede ser suficientemente pequeña que se logre “excitar” los electrones (desde la banda de valencia (llena) a la banda de conducción (vacía), o desde otros niveles incorporados en impurezas (de tipo p ó de tipo n). Algo similar se observa en los polímeros conductores, donde una “banda de absorción” puede ocurrir en la región del infrarrojo cercano. Las moléculas tienen un conjunto de vibraciones de resonancia producidas por energía térmica. Cuando una molécula es expuesta a radiación desde una fuente de energía térmica, absorbe esta radiación solo a las frecuencias que correspondan a su modo de vibración molecular, en la región del infrarrojo del espectro electromagnético, siendo localizada ésta entre las regiones visibles y la de microondas. De esta forma, una sustancia puede ser caracterizada midiendo la absorción de energía infrarroja de las moléculas que la componen. En el infrarrojo medio se presenta la absorción por parte de enlaces moleculares, específicamente se presentan aquí vibraciones de tipo primario y es la más común En las regiones lejana y cercana se dan solamente vibraciones relacionadas con el esqueleto de la molécula. Aplicaciones La radiación en la parte infrarroja del espectro se puede usar para calentar la superficie de capas de alimentos muy rápida y eficientemente, además se usa en procesos de rostizado, horneado y asado. Por ejemplo el horneado de bisquets se puede hacer más rápidamente usando un sistema IR. La principal aplicación comercial que tiene la radiación infrarroja es la desecación de alimentos de bajo contenido en agua como cortezas de pan, harina, pasta, etc. Igualmente, se utilizan en panadería y pastelería y para horneo y asado, así como para la retracción de cierto tipos de envases de plástico. Identificación de microorganismos. Con diversos usos en los sectores agroalimentario, textil y farmacéutico, la tecnología NIRS se basa en métodos espectroscópicos del infrarrojo cercano o medio. Consiste en la emisión de un haz de luz sobre una muestra de forma que absorbe una determinada cantidad de radiación. La aplicación de ondas infrarrojas reduce la cantidad de bacterias en la superficie de la carne cocida. ULTRASONIDO Los ultrasonidos pueden definirse como ondas acústicas inaudibles de una frecuencia superior a 20 kHz. De acuerdo a los intervalos de frecuencia de sonido utilizados en el ultrasonido se divide básicamente en: Ultrasonido de diagnóstico o de alta frecuencia (2-10 MHz) Ultrasonido de poder o de baja frecuencia (20-100 kHz) (Emerging Techonologies for Food Processing) El ultrasonido de diagnóstico o de alta frecuencia se efectúa cuando un pulso de sonido es liberado a través de un medio y la detección de un “eco” de este sonido regresa después de reflejar en la superficie de un objeto sólido, el límite de una fase o de otra interfaz. Puede ser utilizado para proveer información sobre las propiedades fisicoquímicas, como la estructura, composición, estado físico y velocidad de flujo. El ultrasonido de poder o de baja frecuencia provoca el fenómeno de cavitación, por lo que se estudia en la industria de alimentos ya que por dicho fenómeno puede alterar las propiedades físicas como químicas de los alimentos. Otro efecto importante es que causa daño en la pared celular con lo que se inhiben y se destruyen microorganismos, pudiéndose generar una nueva tecnología de conservación de alimentos. Para la conservación de los alimentos, son más eficaces las ondas ultrasónicas de baja frecuencia (20-100 kHz; =145mm) y alta intensidad (10-1000 W/cm2). Principio del Método Los equipos de ultrasonidos utilizados, de funcionamiento discontinuo (los más habituales) o continuo, presentan una cámara de tratamiento donde se sitúa la fuente de ultrasonidos (generalmente una sonda de sonicación). Toda la tecnología actual ultrasónica proviene del aprovechamiento de dos propiedades que poseen ciertos materiales: la piezoelectricidad y la magnetoestricción. El ultrasonido es generado por una corriente eléctrica que es transformada a energía de sonido por medio de diferentes tipos de transductores; existen tres tipos de transductores ultrasónicos principales: Transductores conducidos por líquidos; son aquellos en los que un líquido es forzado a atravesar por una lámina muy delgada causando que la lámina vibre. Para cada momento de vibración la cara principal de la lámina produce una presión de onda mientras que la cara posterior genera cavitación en el líquido. Esta generación continua de presión y cavitación del líquido da una fuente de energía muy grande, con lo que se generan ondas de sonido. Transductores de magneto rígido o magnetoestrictivos; son dispositivos electromecánicos que utilizan materiales ferromagnéticos, es decir, materiales que cambian de tamaño como respuesta a la presencia de un campo magnético. Sin embargo, tienen dos grandes desventajas: que el intervalo de frecuencia está restringido para debajo de 100 MHz y que los sistemas son el 60% eficientes eléctricamente. El funcionamiento de estos dispositivos se basa en las deformaciones mecánicas que experimentan ciertos materiales al someterlos a un intenso campo magnético. Transductores pizoeléctricos; son los transductores más utilizados para la generación de ultrasonido, utilizan cerámicas que contienen materiales piezoeléctricos como el titanato de bario o metaniobato de plomo. Los transductores cerámicos son muy quebradizos, por lo que se sujetan entre bloques metálicos. Esto sirve para proteger el delicado material cristalino, así como para prevenir que se sobrecaliente. Estos transductores son más del 95% eficientes eléctricamente y pueden operar en todo el intervalo ultrasónico. Un generador de ultrasonidos piezoeléctrico se basa en la generación de oscilaciones eléctricas, de una frecuencia determinada, que un material con propiedades piezoeléctricas transforma en oscilaciones mecánicas. Cavitación El uso de los ultrasonidos en los ambientes fluidos es bien conocido por causar una serie de efectos físicos (turbulencia, aglomeración de partículas, microcorrientes y la ruptura de la célula), así como los efectos químicos (formación de radicales libres). Estos efectos se deben principalmente al fenómeno conocido como cavitación. (Rodrigues, Fernandes; 2008 pag 103) 5715257175Durante el tratamiento con ultrasonidos los efectos son principalmente mecánicos, y se producen ciclos de expansión y compresión de forma alterna. Durante los ciclos de expansión los ultrasonidos provocan el crecimiento de las burbujas existentes en el medio o la formación de otras nuevas. Cuando éstas alcanzan un volumen al que no pueden absorber más energía, implosionan violentamente, provocando microcorrientes, el colapso de las moléculas del líquido y, consecuentemente, inactivación microbiana. Este fenómeno es lo que se conoce como cavitación. Durante la cavitación se llegan a alcanzar dentro de las burbujas, durante tiempos muy cortos, temperaturas de hasta 5.500°C y presiones de 50 MPa. Hay autores que creen que los microorganismos sobreviven bajo estas condiciones, ya que los tiempos son muy cortos, pero no son capaces de soportar los cambios bruscos de presión que se originan durante la cavitación. Otras hipótesis consideran que la formación de radicales libres puede afectar al ADN de los microorganismos. Aunque es un proceso no térmico, también ha de considerarse que parte de la energía puede absorberse como calor elevando en cierta medida la temperatura del alimento. Es difícil establecer los límites entre todas estas hipótesis y, probablemente, la inactivación microbiana se produzca como consecuencia de una mezcla de los mecanismos anteriores. De cualquier modo, lo que sí se ha demostrado es que las formas esporuladas son tremendamente resistentes a la acción de los ultrasonidos (se requieren horas para su inactivación), mucho más que las formas vegetativas. Respecto a los enzimas, existen estudios contradictorios. Parece ser que el efecto es complejo, ya que pueden producirse activaciones e inactivaciones dependiendo de diversos factores, entre ellos la estructura molecular del enzima. Ventajas En alimentos ricos en sales y proteínas, como es el caso de la leche, es particularmente útil ya que se reduce la formación de depósitos y se mejora la calidad de la leche tratada. Se han realizado estudios sobre la aplicación de la manotermosonicación al procesado de leche y zumo de naranja y se ha observado que, en general, la calidad nutritiva de estos alimentos no se ve significativamente afectada. Este mismo proceso se ha empleado en el tratamiento de leche destinada a la elaboración de yogur, comprobándose que los yogures obtenidos presentaban una adecuada consistencia y viscosidad. Dado que las ondas acústicas favorecen la transferencia de masa, reducen la energía del agua ligada y mejoran la difusión, otra de las aplicaciones importantes de los ultrasonidos como técnica de conservación es la deshidratación de alimentos. Los primeros estudios se llevaron a cabo en combinación con aire caliente, pero los mejores resultados se obtuvieron aplicando la vibración ultrasónica en contacto directo con el alimento y en combinación con una presión estática. Este proceso llegó a desarrollarse a escala industrial. Se trata de un método que es de dos a tres veces más rápido que con el aire caliente, mediante el cual se llegan a deshidratar vegetales hasta un 99% sin modificaciones en la calidad. Las ventajas de este proceso de deshidratación frente a la deshidratación convencional mediante aire caliente serían un menor deterioro de la calidad y frente a la liofilización un menor coste económico. Esta técnica cuenta con la ventaja que se le pueden sumar otras tecnologías durante el tratamiento como el calor y la aplicación de presiones mayores haciendo así más efectivo el proceso de inactivación. Desventajas El método solo es aplicable en alimentos que contengan una fase líquida, ya que es esta la que proporciona el medio adecuado para que se realice el fenómeno de cavitación. Este método por si solo tiene un efecto escaso sobre las enzimas y los microorganismos, por lo que la mayoría de sus usos en la industria es mediante su combinación con calor o presión. Efectos en los Microorganismos y en los Componentes Alimenticios Microorganismos El efecto bactericida del ultrasonido es generalmente atribuido por la cavitación intracelular generada. En donde se dice que los choques micro-mecánicos son creados por la continua formación y ruptura de burbujas microscópicas inducidas por presiones que fluctúan bajo el proceso de ultrasonicación. Estos choques interrumpen componentes estructurales y funcionales celulares hasta el punto de lisis (muerte) de la célula. Diferentes tipos de microorganismos pueden ser más susceptibles al tratamiento con ultrasonidos que otros. En general se ha visto que las células largas o más grandes son más sensibles al ultrasonido. Con el incremento en el área de superficie, las células de mayor tamaño son más bombardeadas por la presión producida por la cavitación, haciéndolas más vulnerables al tratamiento. Las células Gram-positivas son más resistentes al ultrasonido que las Gram-negativas porque la pared celular de las Gram-positivas es más gruesa y contiene una capa adherente cercana de peptidoglicanos. Sin embargo se atribuye más al efecto que se produce dentro de la membrana citoplasmática, donde las células con forma de cocos son más resistentes que las de forma de bacilos. En general, los microorganismos esporulados presentan mayor resistencia que los vegetativos, y las bacterias aerobias son más resistentes que las anaerobias. El daño microbiológico al aplicar diferentes amplitudes de onda de ultrasonido va a depender de factores críticos como el tiempo de contacto con el microorganismo, el tipo de microorganismo, la cantidad y composición del alimento, y la temperatura durante el tratamiento. La presurización de los alimentos líquidos durante la termosonicación permite mantener la cavitación en temperaturas por encima del punto de ebullición a temperatura ambiente, inactivando efectivamente formadores de esporas como Bacillus cereus. (Ohlsson; Bengtsson; 2002 pag 54) Es probable que el ultrasonido reduzca la resistencia al calor de los microorganismos por daños físicos a las estructuras celulares, causadas por cambios extremos de presión, y la interrupción de las moléculas de proteína celular. Esto los hace más sensibles a la desnaturalización por el calor. Cambios similares a las estructuras de proteínas de las enzimas puede explicar en parte el efecto sinérgico del ultrasonido y el calor en la inactivación enzimática. (Ohlsson; Bengtsson; 2002 pag 54) Componentes Alimenticios Los efectos del ultrasonido en las proteínas de la carne producen en los tejidos de la carne tenderización tras una exposición prolongada, y la exposición de proteínas miofibrilares que, en los productos cárnicos, mejora la capacidad de retención de agua, terneza y cohesividad. (Ohlsson; Bengtsson; 2002 pag 54) Aplicaciones Los ultrasonidos pueden producir efectos químicos, mecánicos o físicos en los procesos o productos en los que se aplica. Aprovechando uno de sus efectos o combinación, el poder del ultrasonido se ha utilizado en la industria de alimentos en el secado, congelación, procesos de extracción e inactivación de enzimas. (Rodrigues, Fernandes; 2008) Aplicaciones Mecánicas Cristalización de grasas, azúcares, etc. Desgasificación Destrucción de espumas Extracción de sabores y olores Filtración y secado Congelación Mezcla y homogenización Tenderización de carnes Aplicaciones químicas y bioquímicas Acción bactericida Tratamiento de efluentes Modificación del crecimiento celular Alteración de la actividad enzimática Esterilización de equipos (Mason, et al; 2005) La aplicación de ultrasonidos y tratamientos térmicos suaves (<100 ºC, habitualmente entre 50 -60 ºC) ha dado lugar al procedimiento denominado termoultrasonicación. La combinación con incrementos de presión (< 600 MPa) se denomina manosonicación, mientras que las tres estrategias de forma conjunta se conocen como manotermosonicación. Respecto a su empleo en la Industria Alimentaria, la manosonicación y la manotermosonicación son particularmente eficaces en la esterilización de mermeladas, huevo líquido, y en general, para prolongar la vida útil de alimentos líquidos. La ultrasonicación de forma aislada es eficaz en la descontaminación de vegetales crudos y de huevos enteros sumergidos en medios líquidos. Con fines distintos a la conservación, se ha utilizado con éxito en el ablandamiento de las carnes. Más conocido y extendido es la utilización de ultrasonidos en sistemas de emulsificación y homogenización así como en la limpieza de distintos equipos. La mayor parte de los estudios sobre la aplicación de los ultrasonidos de alta intensidad como técnica de conservación han sido llevados a cabo a escala de laboratorio y no se ha realizado un escalado industrial. Dado que se ha visto un escaso efecto de los ultrasonidos sobre los enzimas y los microorganismos, la mayoría de las investigaciones se han encaminado a la combinación de los ultrasonidos con calor (termosonicación), presión (manosonicación) o ambos (manotermosonicación), encontrándose un efecto aditivo o sinérgico, dependiendo de cada caso. Estas combinaciones han resultado ser muy útiles en la inactivación de microorganismos y enzimas especialmente resistentes al calor. Para llevar a cabo un tratamiento exitoso con ultrasonidos (con o sin combinación con otros procesos) han de tenerse en cuenta factores como la amplitud de las ondas, el tiempo de exposición, el tipo de microorganismo o enzima, el volumen, composición y pH del alimento, así como la temperatura y la presión en los procesos combinados. Uno de los sustratos en los que más ha sido estudiado el efecto de los ultrasonidos es la leche. La mayor parte de los estudios se han realizado en discontinuo. Sin embargo, en los procesos en flujo continuo resulta más fácil llevar a cabo el escalado a nivel de planta piloto e industrial. BIBLOGRAFIA Urwaye, Alan. 2008. New Food Engineering Research Trends. Nova Science Publishers, Inc. Págs. 103-107. Da-Wen Sun. 2005. Emerging Technologies for Food Processing. Elservier Academic Press. Ohlsson, Thomas; Bengtsson, Nils. 2002. Minimal Processing Technologies in the Food Industry. Woodhead Publishing Limited. Págs. 54- Barbosa-Cánovas, Gustvo; María, Tapia; y Pilar, Cano. 2005. Novel Food Processing Technologies. CRC Press. Págs. 423- www1, 2011: http://www.adiveter.com/ftp/articles/A11506.pdf www2, 2011: www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r43755.DOC www3, 2011: http://www.alimentariaonline.com/media/MA029_luz.pdf. www4, 2011: http://www.esebertus.com/blog/2009/02/05/pulsos-de-luz-nuevas-tecnologias-de-conservacion-de-alimentos/ www5, 2011: http://www.uhu.es/prochem/wiki/index.php/J-_Pulsos_de_luz. www6, 2011: www.esebertus.com/blog/2009/12/14/luz-uvnuevas-tecnologias-de-conservacion-de-alimentos/ www7, 2011: http://www.alimentariaonline.com/media/ma031_uv.pdf www8, 2011: http://www.chromalox.com/catalog/resources/technical-information/Heat-Loss-Calculations-and-Heater-Selection-Fundamentals-and-Thermodynamics-sp.pdf www9, 2011: http://www.uhu.es/prochem/wiki/index.php/H-_Uso_de_radiaciones_no_ionizantes_(MW,_IR,_UV) www10, 2011: http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/16746/1/espectro_electromagnetico.pdf www11, 2011: http://www.alimentariaonline.com/media/MA026_anaquel.pdf www12, 2011: http://www.revistaialimentos.com.co/index.php?mact=News,cntnt01,print,0&cntnt01articleid=276&cntnt01showtemplate=false&cntnt01returnid=51 www13, 2011: http://www.inocuidad-alimentaria.com/news/nuevas_tecnologias/nota153.htm www14, 2011: http://octi.guanajuato.gob.mx/sinnco/formulario/MT/MT2010/MT5/SESION1/MT51_IMONDACAF_063.pdf www15, 2011: www.unav.es/revistamedicina/50_4/10-INNOVACIONES.pdf www16, 2011: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lia/acevedo_l_ap/capitulo3.pdf www17, 2011: http://www.consumer.es/seguridad-alimentaria/ciencia-y-tecnologia/2006/05/10/23462.php www18, 2011: http://www.directoalpaladar.com/tecnologias-de-conservacion/tecnologias-de-conservacion-de-alimentos-ultrasonidos

Conservacion de alimentos por pulsos luminosos y sonidos

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Conservacion de alimentos por pulsos luminosos y sonidos

Similar a Conservacion de alimentos por pulsos luminosos y sonidos (20)

Conservacion de alimentos por pulsos luminosos y sonidos