Ingeniería de Alimentos

1. Alta Presión Hidrostática en la
Conservación de los Alimentos
José David Torres González
Métodos Físicos de Conservación
Maestría en Ciencias Agroalimentarias
Universidad de Córdoba

2. La APH provoca la inactivación y
destrucción de las células microbianas
sin alterar la calidad sensorial ni los
nutrientes de los alimentos.

3. Generalidades de las APH
La presurización consiste en aumentar la presión en ciertos lugares, haciéndola
mayor que la presión atmosférica.
Altas Presiones Hidrostáticas: Someter al alimento a presiones ultraelevadas (entre 10 y
1000 MPa) durante periodos de tiempo determinados (generalmente entre 1 y 30 min) a
temperatura próxima a la ambiental
Altas Presiones y la industria militar
Perkins (1820) realizó los primeros estudios sobre la compresibilidad del agua
APH en Alimentos: fue investigada por Hite (1899) esterilizar leche. Fue
primero y demostró la reducción de la población microbiana,
En 1990 - Japón es el país pionero en cuanto a la producción y
comercialización de alimentos tratado por altas presiones (Zumos de frutas
y alimentos ácidos).
Hoy en día USA y en Europa, apuntan a la utilización de esta tecnología

4. Principios APH
Isostático, ó teorema de pascal
La presión ejercida sobre un líquido se
transmite instantáneamente y con la misma
intensidad en todas las direcciones y
sentidos.
La intensidad del tratamiento es
independiente del volumen o de la masa de
producto a procesar
La presión hidrostática es exactamente la
misma en todos los puntos del medio:
tratamiento homogéneo.
Principio de Le Chetalier
Un aumento de la presión: Favorece los
procesos asociados a una reducción del
volumen. Inhibe los procesos asociados a un
aumento de volumen
Demanda por parte del consumidor de alimentos
mínimamente procesados:
• Libres de aditivos.
• Elevada calidad nutritiva y organoléptica
• Estudio de nuevos sistemas de inactivación microbiana.
• Alternativas a la conservación por calor.

5. Efectos de la alta
presión sobre el
agua
•Compresibilidad adiabática
A 22°C, el volumen se reduce un 4 % a 100 MPa y un 15 % a 600 Mpa
•Incremento de la temperatura
2 - 3°C por cada 100 MPa de aumento de presión
•Modificación de la tª de congelación
A 210 MPa el agua congela a -22°C
•Descenso del pH
0,73 unidades al presurizar a 100 MPa a 25°C
Esta disminución de volumen implica un aumento de
la densidad y, como consecuencia, los coeficientes de
difusión de los solutos disminuyen.
El punto de fusión del agua disminuye con el
incremento de la presión: es de −5 ºC a 70 MPa y
−20 ºC a 200 MPa.
Que puede mantenerse en estado
líquido a –22 ºC hasta una presión de
210 MPa

6. APPLICATION OF HIGH HYDROSTATIC
PRESSURE IN THE FOOD
PRESERVATION: REVIEW
Unidad Académica Multidisciplinaria Reynosa Aztlán , Universidad Autónoma de Tamaulipas , Apdo.
Postal 1015, Reynosa, 88700, Tamaulipas, México. Área de Nutrición y Bromatología. Departamento de
Química Analítica y Alimentaria, Facultad de Ciencias de Ourense. Universidad de Vigo , 32004,
Ourense, España. Área de Tecnología de Alimentos. Departamento de Química Analítica, Nutrición y
Bromatología , Universidad de Santiago de Compostela. Escuela Politécnica Superior de Lugo.
S. J. Téllez-Luis, J. A. Ramírez, C. Pérez-Lamela, M. Vázquez c & J. Simal-
Gándara
Ciencia y Tecnología de Alimentos. Vol. 3, No. 2, pp. 66-80, 2001

7. Resumen
Se han utilizado diferentes técnicas y métodos para la conservación de los alimentos.
A medida que avanzaba el conocimiento científico y tecnológico, se han descubierto y
aplicado nuevas formas para conservar los alimentos. La presurización es una técnica
muy reciente en el campo alimentario, empleado desde 1990.
En este trabajo, tras una breve descripción de la tecnología de la alta presión. Se
discuten de forma exhaustiva aspectos acerca de los efectos letales y del grado de
inactivación que provoca la presurización sobre los microorganismos.
Se revisan los factores físico-químicos más importantes (temperatura, pH, actividad del
agua, concentración de solutos y composición del medio).
La presurización es una buena técnica de esterilización de alimentos y es ya una
realidad comercial. En líneas generales, se puede afirmar que la alta presión favorece y
mejora la calidad sensorial y la conservación de los alimentos.

8. Introducción
La alta presión hidrostática (APH), es una tecnología de
gran interés por su efectividad en la conservación,
destacando sobre los procesos tradicionales, pues no
utiliza calor (Knorr, 1993).
Entre los tratamientos alternativos es la más viable desde
el punto de vista comercial.
Meyer et al. (2000) han demostrado la efectividad de la
APH en la inactivación de esporas microbianas y
enzimas, sin alterar la calidad sensorial ni los nutrientes
de los alimentos.

9. Las APH ocasionan:
i) Cambios en la morfología de los microorganismos, los cuales son
reversibles a bajas presiones (<200 MPa) pero irreversibles a presiones altas
(>300 MPa).
ii) Desnaturalización de proteínas debido al desdoblamiento de las cadenas
peptídicas (Estructura primaria y secundaria, permanecen estables)
iii) Modificaciones que afectan la permeabilidad de la membrana celular.
Introducción

10. Efecto alta presión sobre Componentes
Alimentos
™Almidón
 más susceptible a las amilasas
 conserva su estructura granular al gelatinizar
Rubens et al. (1997) observaron que los almidones se
inflaban bajo presión pero su estructura no se veía
modificada.
Los geles, Clara del Huevo, Complejo Acto-Miosina, y PPV
como los derivados de la soya son de mejor calidad
cuando se aplica APH,
Ácidos nucleicos
 resistentes a las altas presiones (pero no su
transcripción)
Lípidos
 aumenta la temperatura de fusión 10°C cada 100 Mpa
 Al aumentar la presión aumenta oxidación de Ac. grasos
insaturados.
Factores APH en Proteínas:
pH y fuerza iónica del medio.
Temperatura intra e inter
molecurar y Estructura proteico
En general más de 300 MPa
causan desnaturalización
irreversible

11. La APH ventajas
El tratamiento evita la deformación de los alimentos, debido a que la presión se
transmite uniforme e instantáneamente, es decir, no hay gradientes (regla
isostática).
A diferencia de lo que ocurre con los procesos térmicos, el tratamiento APH es
independiente del volumen y de la forma de la muestra, con lo que se reduce el
tiempo requerido para procesar grandes cantidades de alimentos (Cheftel, 1995;
Pothakamury et al. 1995).

12. La APH ventajas
No produce deterioro de nutrientes termolábiles, como vitaminas (Kimura et al.,
1994).
No alteran los compuestos de bajo peso molecular, responsables del aroma y
sabor, ya que no ataca los enlaces covalentes (Sangronis et al., 1997).
No afecta el color del alimento, pues no favorecen la reacción de Maillard o de
pardeamiento no enzimático (Tamaoka et al., 1991; Gross y Jaenické, 1994).

13. La APH ventajas
No produce residuos, se trata de una
energía limpia, lo que iría en consonancia
con las políticas medioambientales de la
actualidad.
No precisa de la incorporación de
aditivos al alimento.
Tiene poco gasto energético: para
calentar 1 litro de agua a 30ºC se
necesita la misma energía que para
presurizar a 400 MPa ese mismo
volumen de agua.

14. La APH desventajas
El alto coste de los equipo.
No se ha podido diseñar procesos continuos, pues se requiere descargar el agua.
El mecanismo no se ha podido modelar, pues la reducción del número de
microorganismos, no es lineal en el tiempo, y cada uno presenta caracteres diferentes.
La desconfianza del consumidor a decidirse a comprar un producto “presurizado” por ser
algo novedoso y desconocido.
A pesar de ello, en Japón, USA y algunos países europeos los productos presurizados se
consumen cada vez más.

15. APH sobre los Microorganismos
La inactivación de los microorganismos
puede ser debida a:
A) Un incremento en la permeabilidad de la
membrana.
B) La inhibición de las reacciones
productoras de energía .
C) La desnaturalización de las enzimas
esenciales para el desarrollo y reproducción
de la célula.
Variables que condicionan el efecto APH
 Presión; Tiempo; Temperatura
Composición del alimento.
 Tipo de microorganismos Gram (-) ó
Gram (+).
APH produce Cambios morfológicos en M.O
 Compresión del gas de las vacuolas.
 Alargamiento de las células y formación
de filamentos.
 Descenso del pH citoplasmático.
 Separación de la membrana celular.
 Formación de poros.
 Coagulación de la proteína
citoplasmática
 Liberación de constituyentes
intracelulares fuera de la célula.
 Provoca modificaciones bioquímicas y
genéticas al inactivar las enzimas
involucradas en la replicación y
transcripción del ADN

16. Presión Micróorganismo
20 – 30 MPa M.O pueden crecer
30 – 40 Mpa Incapacer de Crecer Barófobos
40 – 50 MPa Barófilos
1 – 50 MPa Euribáricos
50 – 200 Mpa Barodúricos sobreviven pero no crecen
400 a 600 MPa Inactivar Esporas
1000 – 1500 MPa Ciertas esporas
El mayor grado de inactivación sobre los
microorganismos se lleva a cabo en la etapa
logarítmica de crecimiento.
Los microorganismos sensibles a las Altas Presiones.
Gram (-) < Levaduras y hongos< Gram (+) < Esporas
200 - 390 Mpa < 400 Mpa < 700 MPa < 1200 MPa a
Tª amb.

17. Efecto de APH en microorganismos

18. * Si no se especifica, el
tratamiento se realizó a
temperatura ambiente (20ºC).
RLPM= Reducción log de la
población microbiana.
Sensibilida
d M.O
patógenos
APH
200 MPa, 10 min, destruyen
triquina, anisakis, tenias o
nemátodos (puede afectar a
la textura del pescado).
Cl. Botulinum resiste 30 min,
75 ºC y 827 MPa

19. Aplicación de
las APH en
Industria
Alimentaria
Las APH ablandan la carne o filete
de pescado. En la carne res se
ablandamiento e incrementa la
digestibilidad de sus proteínas.
Por otro lado, la estructura interna
del tomate se endurece con la
presurización.

20. Características de los microorganismos.
Fase de crecimiento (barosensibilidad máxima en fase exponencial).
Tipo de microorganismo
(Hiperbaric, 2014)

21. Inactivación de enzimas por APH
(Tellez, 2001)
Resistencia muy
variable
 Características del
medio
 Intensidad del
tratamiento
 Tipo de enzima
 ATPasas y
Deshidrogenasas,
sensibles.
Enzimas de origen
vegetal, resistentes
En las eras, se produce un
oscurecimiento rápido después del
APH, debido a que los valores
aplicados incrementan la actividad de
la polifenoloxidasa.
Esto no ocurre en otras frutas como
en la manzana, el plátano o
tubérculos como la patata.
El aumento en la temperatura indujo una mayor inactivación de estas
enzimas (Seyderhelm et al., 1996)

22. EQUIPOS
UTILIZADOS EN LA APLICACIÓN DE
ALTAS PRESIONES
VIDEO, APH en Alimentos

23. Equipos de APH
Los equipos de APH están formados por una
cámara de presurización (cilindro de acero de
elevada resistencia), un generador de presión
(bomba hidráulica y sistema multiplicador de
presión) y un sistema de control de
temperatura.

24. Sistemas de Presurización
Presión Isostática en Frio
(PIF)
T < 20°C
5 a 20 min y 50 a 600 MPa
Agente Presurizante
Agua – Mezclada con un %
Aceite actúa como
Anticorrosivo y lubricante
Molde elástico ajustado
al material
Presión Isostática
Templada (PIT)
T > 20°C
1 a 30 min y 100 a 900
Mpa
Agente Presurizante
Agua
Presión Isostática
Caliente (PIC)
t < 10 min
T = 2000°C
50 < P < 1200 Mpa
Agente Presurizante
Por lo general es un Gas
Metales, cerámica,
carbón-grafito, y plástico
Tres procesos básicamente:
1 Pascal N/m2
100Mpa = 1kbar = 10,2 kgf/mm2 = 987 atm = 14504 lbf/in2 (psi) = 6.475 tonf/in2

25. Métodos de Presurización
• Se emplea un pistón.
• La alta presión es generada
por la presurización del
medio a través del extremo
del pistón.
• Permite comprensiones muy
rápidas, pero con limitaciones
del sellado entre el pitón y la
superficie interna de la vasija
restringe su uso a
laboratorios pequeños o a
plantas pilotos.
Comprensión Directa
• En este se usa un
intensificador de alta presión
para bombear el medio desde
un depósito hacia la cámara
de presurización y así se
alcanza la presión deseada.
• Es el más empleado a escala
industrial.
Comprensión Indirecta
• Se basa en la propiedad de
expansión del medio
Presurizante cuando se le
aplica temperatura,
produciéndose una elevación
de la presión.
• El efecto se logra cuando se
combina alta presión con alta
temperatura.
• Requiere un control muy
preciso de la temperatura
dentro del volumen interno
total de la cámara de
presurización.
Calentamiento del
medio Presurizante

26. Descripción del Proceso Presurización
El alimento se coloca en un recipiente de plástico estéril, se sella y se introduce en la
cámara de presurización.
Se recomienda que el material plástico sea una película de alcohol de polivinilo (PVOH)
y películas poliméricas de alcohol de etileno y vinilo (EVOH).
No hay posibilidad de deformación del paquete porque la presión ejercida es uniforme
(no hay gradientes).
La cámara de presurización se cierra y se llena con el medio transmisor de la presión,
normalmente agua.
La presión aplicada comprime el medio transmisor alrededor del alimento provocando
una disminución del volumen que varía según la presión y la temperatura aplicadas.
El alimento es sometido a alta presión por un tiempo determinado, el cual depende del
tipo del alimento y de la temperatura del proceso.
Se descomprime y se coloca una nueva carga en la cámara de presurización y se inicia
otro ciclo.

27. Ventajas del proceso discontinuo
1) Reducción del riesgo de
contaminación del alimento por los
lubricantes de la máquina.
2) Mayor flexibilidad, porque permite
procesar distintos tipos de alimentos
sin necesidad de limpiar la cámara tras
cada operación y sin peligro de
recontaminación.
3) Simplicidad de fabricación y
limpieza.
La velocidad se puede aumentar
operando con sucesivas cámaras de
presión sin tiempos de inducción en el
procesado, pues el sistema opera
secuencialmente, convirtiendo el
proceso en semi-continuo.
No se dispone de sistemas continuos.

28. • Figura. Sistema discontinuo para el tratamiento APH

29. • Figura. Sistema semicontinuo para productos líquidos a granel

30. Equipos de Laboratorio

31. Equipos de Laboratorio

33. Consideraciones finales
 Dentro de las tecnologías emergentes en la conservación de los alimentos, las altas
presiones hidrostáticas representan la principal alternativa, para sustituir a los
métodos de conservación tradicionales que emplean calor, ya que no altera las
características organolépticas de los productos tratados.
 Sin embargo la aplicación de APH se ha visto limitada, porque no se ha podido
modelar matemáticamente de una manera sencilla y práctica su mecanismo de
acción, ya que este proceso no sigue una cinética de primer orden (como la
Esterilización), es decir la reducción del número de microorganismos no es lineal
con el tiempo o la presión de aplicación, si no que esta relacionada con el tipo de
microorganismo y de las condiciones del mismo.
 Además se ha encontrado mucha variabilidad en la inactivación de los mismos e
incluso entre cepas de la misma especie, tanto a altas como a bajas presiones.
 No se ha podido establecer un sistema de aplicación de APH de manera continua.
 Se requiere mas investigación.