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.

Pulsos Eléctricos de Alta Intensidad Evolución histórica 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 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)

Pulsos Eléctricos de Alta Intensidad 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

Inactivación microbiana por PE 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

Influencia del tipo de microorganismo 25 kV/cm l B. subtilis (esporas) L. monocytogenes B. subtilis S. senftenberg Y. enterocolitica Log fracción superv. Tiempo (s) Sensibilidad: Levaduras > Bacterias Gram - > Bacterias Gram + Esporos bacterianos y fúngicos resistentes al tratamiento

Influencia de la intensidad del campo eléctrico Tiempo (s) Log fracción superv. S. senftenberg 12 kV/cm 15 kV/cm 19 kV/cm 22 kV/cm 25 kV/cm

Influencia de la frecuencia y anchura de pulso L. monocytogenes Log fracción superv. -2 -1 50 100 Tiempo (s) 1 Hz 2 Hz 3 Hz 4 Hz 5 Hz 25 kV/cm 0.4 s 1 s 2 s 3 s

Forma del pulso Onda cuadrada Voltaje 100 % Caída exponencial 73 % Anchura del pulso Voltaje Duración del pulso 100 % Caída exponencial 73 %

Influencia de la conductividad S. senftenberg Tiempo (s) Log fracción superv. u l n -5 -4 -3 -2 -1 50 100 150 200 2 mS/cm (22 kV/cm) 3 mS/cm (20 kV/cm) 4 mS/cm (18 kV/cm) u l n -5 -4 -3 -2 -1 50 100 150 200 7 kV (22 kV/cm) 2 mS/cm 7,8 kV (22 kV/cm) 3 mS/cm 8,5 kV(22 kV/cm) 4 mS/cm Tiempo (s) Log fracción superv.

Influencia del pH S. senftenberg L. monocytogenes Y. enterocolitica Log fracción superv. Tiempo (s) -5 -4 -3 -2 -1 100 200 300 400 L. monocytogenes Y. enterocolitica 25 kV/cm 22 kV/cm 22 kV/cm pH=7.0 pH=5.4 pH=3.8

Efectos sobre otros componentes de los alimentos 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) Emulsiones: No afectan la estructura de las emulsiones ni el tamaño de las gotas que forman la fase dispersa (mahonesa, leche concentrada) Radicales libres: No se producen en cantidades significativas

Componentes de una instalación de PE Generador de corriente eléctrica continua Intensidad de corriente Diferencia de potencial Condensador Capacidad Interruptor Velocidad de apertura y cierre Cámara de tratamiento Estáticas En flujo continuo Sistema de control y otros componentes

Instalación de pulsos eléctricos de alta intensidad Generador de corriente eléctrica continua Conexión a tierra Resistencia (15 ) Interruptor Sonda de alto voltaje Condensador (15 kV/cm, 2 F) Resistencia (300 ) Cámara de tratamiento -5 5 10 15 20 25 1 2 4 3 Pulse width (s) kV/cm - Sistema de control y análisis Oscilloscopio Generador de función

Instalación de pulsos eléctricos de alta intensidad 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) 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

Tipos de pulsos Onda cuadrada Voltaje 100 % Caída exponencial 73 % Anchura del pulso Voltaje Duración del pulso 100 % Caída exponencial 73 %

Cámaras de tratamiento DISCONTINUAS CONTINUAS Electrodo Electrodo Electrodos paralelos Electrodos Electrodos paralelos abierta Electrodo Electrodos paralelos cerrada Coaxial

Equipo de PEAI de la Universidad de Zaragoza (Cámara de tratamiento estática)

Instalación en continuo

(Cámara de tratamiento en flujo) Equipo de PEAI del IATA (Cámara de tratamiento en flujo)

Aplicaciones Conservación de los alimentos Pasteurización de alimentos líquidos no particulados sensibles al calor, en continuo Zumos de frutas Huevo líquido Procesado Extracción de componentes intracelulares Almidón de patata Extractos de levaduras Extractos de carne

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.