MÉTODOS FÍSICOS DE DESINFECCIÓN NO TRADICIONALES APLICABLES AL PROCESO DE ... · 2018-12-05 ·...
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1 MÉTODOS FÍSICOS DE DESINFECCIÓN NO TRADICIONALES APLICABLES AL PROCESO DE ELABORACIÓN DE HORTALIZAS DE IV GAMA Concepción Sánchez-Moreno González Departamento de Caracterización, Calidad y Seguridad Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición – ICTAN Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC Tel.: +34 915492300 – Fax: +34 915493627 E-mail: [email protected] Tercera reunión Red Temática TÉCNICAS SANITIZANTES EMERGENTES Y RIESGO MICROBIOLÓGICO PROCESADO DE HORTALIZAS DE IV GAMA VIDA ÚTIL: 7‐15 días REFRIGERACIÓN MATERIA PRIMA LAVADO PRODUCTO ENTERO PELADO/CORTADO LIMPIEZA-Eliminación fracción no comestible LAVADO E HIGIENIZACIÓN ESCURRIDO Y CENTRIFUGADO ENVASADO en Atmósfera Modificada (MAP) - ETIQUETADO ALMACENAMIENTO DISTRIBUCIÓN VENTA EN REFRIGERACIÓN LAVADO E HIGIENIZACIÓN DE HORTALIZAS DE IV GAMA TRATAMIENTOS QUÍMICOS USO DE AGENTES DESINFECTANTES Cloro y derivados Dióxido de Cloro – ClO 2 Hipoclorito Sódico – NaClO Hipoclorito Cálcico – Ca(ClO) 2 Cloro Gas – Cl 2 Otros desinfectantes químicos Ozono – O 3 Peróxido de Hidrógeno – H 2 O 2 Agua Electrolizada Ácido Peroxiacético (PAA) – C 2 H 4 O 3 Ácidos Orgánicos: láctico, cítrico, acético Aceites esenciales de plantas: tomillo, romero, orégano, eucalipto MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN Radiación UV‐C Radiación Gamma Luz Pulsada Ultrasonidos Alta Presión Hidrostática Pulsos Eléctricos Plasma Frío Recubrimientos y Películas Comestibles • La tecnología consiste en la aplicación de elevados niveles de presión hidrostática (100‐1000 MPa) de forma continua durante tiempos relativamente cortos (de segundos a pocos minutos) en refrigeración o temperatura ambiente • El efecto de la APH sobre los alimentos es casi instantáneo y uniforme, además de ser independiente de la forma y tamaño del producto • La presión puede aplicarse directamente al alimento o éstos pueden estar envasados en recipientes flexibles. La forma del producto permanece invariable DEFINICIÓN DEL PROCESO MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA ESQUEMA DE UN CICLO DE PRESIÓN – ETAPAS Se transmite de forma instantánea y homogénea No depende ni del tamaño, ni de la geometría del alimento Calor adiabático: incremento de la temperatura como consecuencia de la compresión de 3‐9 ºC/100 MPa Inactivación de microorganismos y enzimas (Hoover et al., 1989; Patterson et al., 2006) Conserva o retiene las características del producto fresco: propiedades sensoriales y nutricionales (nutrientes y compuestos bioactivos) (Rastogi et al., 2007; Barba et al., 2012) MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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MÉTODOS FÍSICOS DE DESINFECCIÓN NO TRADICIONALES APLICABLES AL PROCESO DE
ELABORACIÓN DE HORTALIZAS DE IV GAMA
Concepción Sánchez-Moreno González
Departamento de Caracterización, Calidad y SeguridadInstituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición – ICTAN
Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC
Tel.: +34 915492300 – Fax: +34 915493627E-mail: [email protected]
Tercera reunión Red Temática
TÉCNICAS SANITIZANTES EMERGENTES Y RIESGO MICROBIOLÓGICO
PROCESADO DE HORTALIZAS DE IV GAMA
VIDA ÚTIL: 7‐15 días REFRIGERACIÓN
MATERIA PRIMA
LAVADO PRODUCTO ENTERO
PELADO/CORTADO
LIMPIEZA-Eliminación fracción no comestible
LAVADO E HIGIENIZACIÓN
ESCURRIDO Y CENTRIFUGADO
ENVASADO en Atmósfera Modificada (MAP) -
ETIQUETADO
ALMACENAMIENTODISTRIBUCIÓN
VENTA EN REFRIGERACIÓN
LAVADO E HIGIENIZACIÓN DE HORTALIZAS DE IV GAMA
TRATAMIENTOS QUÍMICOSUSO DE AGENTES DESINFECTANTES
Cloro y derivados
Dióxido de Cloro – ClO2
Hipoclorito Sódico – NaClO
Hipoclorito Cálcico – Ca(ClO)2
Cloro Gas – Cl2
Otros desinfectantes químicos
Ozono – O3
Peróxido de Hidrógeno – H2O2
Agua Electrolizada
Ácido Peroxiacético (PAA) – C2H4O3
Ácidos Orgánicos: láctico, cítrico, acético
Aceites esenciales de plantas: tomillo,romero, orégano, eucalipto
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
Radiación UV‐C
Radiación Gamma
Luz Pulsada
Ultrasonidos
Alta Presión Hidrostática
Pulsos Eléctricos
Plasma Frío
Recubrimientos y Películas Comestibles
• La tecnología consiste en la aplicación de elevados niveles de presión hidrostática (100‐1000 MPa) de forma continua durante tiempos relativamente cortos (de segundos a pocos minutos) en refrigeración o temperatura ambiente
• El efecto de la APH sobre los alimentos es casi instantáneo y uniforme, además de ser independiente de la forma y tamaño del producto
• La presión puede aplicarse directamente al alimento o éstos pueden estar envasados en recipientes flexibles. La forma del producto permanece invariable
DEFINICIÓN DEL PROCESO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
ESQUEMA DE UN CICLO DE PRESIÓN – ETAPAS
Se transmite de forma instantánea y homogéneaNo depende ni del tamaño, ni de la geometría del alimento
Calor adiabático: incremento de la temperatura como consecuencia de la compresión de 3‐9 ºC/100 MPa
Inactivación de microorganismos y enzimas
(Hoover et al., 1989; Patterson et al., 2006)
Conserva o retiene las características del producto
fresco: propiedades sensoriales y nutricionales (nutrientes y compuestos bioactivos)
(Rastogi et al., 2007; Barba et al., 2012)
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
EFECTO SOBRE PROTEÍNAS, ENZIMAS Y MICROORGANISMOSEFECTO SOBRE PROTEÍNAS, ENZIMAS Y MICROORGANISMOS
EFECTOSPRESIÓN
1000 MPa Inactivación de Esporas
500 MPaInactivación Irreversible de EnzimasGelatinización del AlmidónDesnaturalización de Proteínas
400 MPa Inactivación de Microorganismos
300 MPa Inactivación Reversible de Enzimas
200 MPa Disociación de Subunidades de Proteínas
100 MPaDesintegración de CélulasEfecto en la Cinética de las Enzimas
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
INACTIVA O REDUCE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS CAUSANTES DE LA PÉRDIDA DE CALIDA DE LOS ALIMENTOS
REDUCE DRÁSTICAMENTE LA FLORA MICROBIOLÓGICA CONTAMINANTE Y PATÓGENOS (Listeria, Salmonella, Escherichia
coli, etc.) MEJORANDO LA SEGURIDAD DEL ALIMENTO
EFECTOS
PROLONGAR LA VIDA ÚTIL DE
LOS ALIMENTOS SIN MODIFICAR
LAS CARACTERÍSTICAS
SENSORIALES, NUTRICIONALES O
PROPIEDADES BENEFICIOSAS
PARA LA SALUD
PREPARAR PRODUCTOS INNOVADORES
1. Desnaturalización de proteínas: productos con nuevas texturas
2. Gelificación de polisacáridos (sin
aditivos)
APLICACIONES
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
SISTEMAS SEMICONTINUOSAlimento líquido bombeado en un cilindro de acero
Envasado posteriormente
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
SISTEMAS DISCONTINUOS (Batch)Alimento envasado
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Alta PresiAlta Presióón Hidrostn Hidrostááticatica‐‐UsoUso‐‐AplicacionesAplicaciones‐‐CosteCoste Eficaz en la inactivación de células vegetativas Alta resistencia de esporas bacterianas Alta resistencia de algunas enzimas Conserva las características sensoriales y nutricionales Puede producir la modificación de la textura y de las propiedades reológicas Prolonga la vida útil Elevado coste de inversión Dificultad en el desarrollo de equipos continuos Tecnología respetuosa con el medioambiente Herramienta útil para la obtención de alimentos funcionales o nuevos alimentos
La principal aplicación de la APH en el procesado de alimentos vegetales se ha centrado en alimentos líquidos, como “smoothies”, bebidas mixtas de leche y fruta, zumos de frutas y vegetales, purés de frutas y vegetales y sopas de vegetales (Cilla et al., 2012; Keenan et al., 2012; Espina et al., 2013; Chen et al., 2015). Sin embargo, su uso en frutas y hortalizas cortadas es más limitado, ya que se pueden producir problemas en la integridad de estos productos, debido a que los procesos de compresión y expansión durante el proceso de presurización pueden causar la ruptura de los tejidos vegetales (Palou et al., 2000; Rico et al., 2007)
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Alta PresiAlta Presióón Hidrostn Hidrostááticatica‐‐Hortalizas IV GamaHortalizas IV Gama
Las zanahorias y los pepinos mostraron un ablandamientoLa lechuga un pardeamiento
El tratamiento de APH fue efectivo para la inactivación microbiológica, aunque causó un deterioro de la superficie de estas hortalizas frescas cortadas
Reducción de 1.6 a >2.6 log CFU de bacterias, y de 3.5 a 5.3 log CFU de hongos en las tres hortalizas frescas cortadas
Tratamientos de APH de 400 MPa
Wendakoon et al., 2010
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Clariana et al., 2014
Alta PresiAlta Presióón Hidrostn Hidrostááticatica‐‐Hortalizas IV GamaHortalizas IV Gama
Tratamientos Combinados de APH y Temperatura
200 MPa / 20 ºC / 5 min – 200 MPa / 40 ºC / 5 min400 MPa / 20 ºC / 5 min – 400 MPa / 40 ºC / 5 min600 MPa / 20 ºC / 5 min – 600 MPa / 40 ºC / 5 min
Tratamiento Térmico
90 ºC – 30 min
versus
Nabo(Brassica napus var. napobrassica)
RODAJAS – 15 mmEnvasadas al vacío
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Alta PresiAlta Presióón Hidrostn Hidrostááticatica‐‐Hortalizas IV GamaHortalizas IV Gama
Todos los tratamientos dieron lugar a la pérdida de la textura y de la capacidad de retención de agua, produciéndose el mayor
ablandamiento con el tratamiento a 400 MPa, mientras que el
tratamiento a 600 MPa fue el que mejor preservó estas propiedades de textura
Menor dureza
Mayor humedad
Clariana et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Clariana et al., 2014
Se detectaron e identificaron 4 glucosinolatos:glucorafanina, progoitrina, glucobrasicanapina y glucobrasicina
Alta PresiAlta Presióón Hidrostn Hidrostááticatica‐‐Hortalizas IV GamaHortalizas IV Gama
Los autores concluyen que en general, el tratamiento térmico (90 ºC/3 min) y el tratamiento de APH a 600 MPa/20 ºC fueron los tratamientos que mejor preservaron las propiedades sensoriales y nutricionales del nabo
El contenido de glucobrasicanapina y glucobrasicina se redujo con todos los tratamientos
estudiados. Los tratamientos con APH a 400 y 600 MPa indujeron un incremento en el contenido de progoitrina
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Zhou et al., 2014
Calabaza(Cucurbita maxima Dutch.)
RODAJAS – 1,5 cm Envasadas al vacío
Tratamientos de APH
550 MPa / 20 ºC / 10 min450 MPa / 20 ºC / 15 min
Tratamiento Térmico
85 ºC – 5 min
versus
Conservación 4 ºC60 días
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Zhou et al., 2014
1,69 log CFU/g
2,57 log CFU/g
Inmediatamente después del tratamiento, el recuento de microorganismos totales se
redujo a 1,61 y 1,52 log CFU/g a 450 MPa y 550 MPa, respectivamente
Después de 45 días de conservación a 4 ºC, el recuento de microorganismos totales incrementó a 2,57 y 1,69 logCFU/g a 450 MPa y 550 MPa,
respectivamente →Microorganismos no fueron completamente inactivados
Después de 60 días de conservación a 4 ºC, el recuento de microorganismos totales fue de 5,12, 4,02 y 1,71 log CFU/g con el procesado térmico, el tratamiento a 450 MPa, y el tratamiento de
550 MPa, respectivamente
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Zhou et al., 2014
CAMBIOS EN PARÁMETROS DE COLOREl crecimiento de los microorganismos a lo largo de la
conservación produjo un aumento en ∆E
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Zhou et al., 2014
Los autores no encontraron diferencias significativas en el pH, el contenido de sólidos solubles, y los azúcares entre las
muestras tratadas por APH (450 MPa/15 min, 550 MPa/10 min) y las tratadas térmicamente (85 ºC/5 min)
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Zhou et al., 2014
Los tratamientos siguieron este orden creciente
(550 MPa/10 min > 450 MPa/15 min > 85 °C/5 min) en cuanto a la
retención de color, vitamina C y actividad
antioxidante de las muestras tratadas, INMEDIATAMENTE
DESPUÉS DEL TRATAMIENTO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Zhou et al., 2014
El contenido de vitamina C y
fenoles totales disminuyó A LO LARGO DE LA CONSERVACIÓN A 4 ºC, aunque en general, las muestras
tratadas por APH mantuvieron mejor estos parámetros
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Zhou et al., 2014
La actividad antioxidante, medida por los métodos del DPPH y FRAP, disminuyó A LO LARGO DE LA
CONSERVACIÓN A 4 ºC, aunque en general, las muestras tratadas por APH mantuvieron mejor estos
parámetros
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Zhou et al., 2014
Los autores concluyeron que el tratamiento de APH a 500 MPa/10 minfue el que mejor preservó la calidad sensorial y nutricional y la vida útil de la calabaza, por lo que podría ser una tecnología alternativa al
tratamiento térmico para prolongar la vida útil de la calabaza, manteniendo el nivel de compuestos bioactivos, sin el daño producido por los
tratamientos térmicos; convirtiéndose, por tanto, en una potencial aplicación comercial para el procesado industrial de calabaza fresca cortada
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
• La tecnología consiste en la aplicación de un campo eléctrico de alto voltaje (10‐80 kV/cm) en forma de pulsos cortos (micro o milisegundos) sobre el alimento colocado entre dos electrodos
• Voltaje: 10‐80 kV/cm• Tiempo: 1‐10 µs• Número de pulsos: 20‐100
DEFINICIÓN DEL PROCESO
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Propiedades eléctricas de los alimentos que presentan alta concentración de iones y son conductores eléctricos
FUNDAMENTO
Al aplicar una intensidad de campo eléctrico elevado sobre un microorganismo se produce una destrucción o deformación de la pared celular originada por la diferencia
de potencial a cada lado de la membrana (potencial transmembrana)
PRINCIPIO FÍSICOPRINCIPIO FÍSICO
El alimento va a actuar como un material
conductor que presenta una resistencia al paso
de la corriente
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
FUNDAMENTO
DEPENDE DE LAS PROPIEDADES ELDEPENDE DE LAS PROPIEDADES ELÉÉCTRICAS DE LOS ALIMENTOSCTRICAS DE LOS ALIMENTOS•RESISTIVIDAD: Resistencia al paso de la electricidad•CONDUCTIVIDAD: Aumenta con la fuerza iónica y la temperatura•PROPIEDADES DIELÉCTRICAS: Capacidad de almacenar energía, a mayor Constante Dieléctrica mayor capacidad de almacenar energía
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
EQUIPAMIENTO
SISTEMAS DE TRATAMIENTO POR LOTES O ESTÁTICOS:‐Platos o electrodos en paralelo‐Trabajo experimental en laboratorio‐Se ajustan mejor los parámetros de tratamiento para escalar a nivel industrial
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE FLUJO CONTINUO:CÁMARA DE PLATOS o ELECTRODOS PARALELOSCÁMARA COAXIALCÁMARA COLINEAL
‐Platos o electrodos en paralelo, de forma coaxial o colineal‐Empleadas a nivel industrial
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
La mayoría de los estudios realizados en laboratorios o a escala de planta piloto se han llevado a cabo en alimentos líquidos y semi‐líquidos, que pueden tolerar elevados campos eléctricos, tienen una conductividad eléctrica baja y no contienen o forman burbujas
Entre los estudios en alimentos líquidos o semi‐líquidos destacan los llevados a cabo en leche (Sharma et al., 2014), yogurt (Gomes da Cruz et al., 2010), zumos de frutas (Sánchez‐Moreno et al., 2005; Buckow et al., 2013; Odriozola‐Serrano et al., 2013), zumos de vegetales (Odriozola‐Serrano et al., 2009, 2013), sopas (Vega‐Mercado et al., 1996; Sánchez‐Moreno et al., 2009), huevo líquido (Espina et al., 2014) y vino (Puértolaset al., 2010).
Pulsos ElPulsos Elééctricosctricos‐‐UsoUso‐‐AplicacionesAplicaciones‐‐CosteCoste
Sin embargo, la aplicación de los pulsos eléctricos en alimentos sólidos, como lo son las frutas y hortalizas cortadas es más limitada. Las principales aplicaciones de los pulsos eléctricos en alimentos sólidos han sido en procesos de extracción o deshidratación
asistida por pulsos eléctricos, para mejorar dichos procesos (Cerón‐Carrillo et al., 2010; Janositz et al., 2011a; Maskooki y Eshtiaghi, 2012).
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Qian et al., 2014
Un reciente estudio, aplicópulsos eléctricos para inactivar la lipasa en el arroz, factor limitante en
su conservación
Optimización de parámetros como el
voltaje, la frecuencia, la anchura de pulso y el tiempo de tratamiento,
para lograr una inactivación significativa de la actividad de la lipasa
Permitiría la conservación de los granos de arroz durante periodos de tiempo más largos
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Los estudios referidos al empleo de los pulsos eléctricos como método de desinfección o higienización de productos de la IV gama son escasos
Shayanfar et al., 2014
MANZANA FRESCA CORTADA
Tratamiento de Pulsos Eléctricos1,5 kV/cm, 100 pulsos, 4 Hz
Tratamiento de APH
600 MPa / 2 min
Tratamiento TérmicoConvencional: 90 ºC / 60 s
Conservación 5 ºC60 días
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Shayanfar et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
En términos de color y textura, las manzanas tratadas con pulsos eléctricos, seguidas de las tratadas térmicamente, obtuvieron mejores valores comparados con las tratadas por APH
Los autores concluyeron que la combinación de diferentes tecnologías inhibiócompletamente el crecimiento microbiano: microorganismos aerobios mesófilos, mohos,
levaduras y coliformes totales
Shayanfar et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Investigar los efectos del tratamiento con pulsos eléctricos como método de pre‐tratamiento previo a los tratamientos térmicos habituales, o como alternativa al
procesado térmico en la producción de espárragos
Espárrago blancoAsparagus officinalis
Output voltage: 15,000 VElectrode gap: d=3 cm
Electric field strength: E=5 kV/cmPulse number: n=20
Pulse duration: τ=400 μsFrequency: ƒ=2 Hz
Contenido en azúcares: D‐glucosa, D‐fructosaIntegridad celular
Parámetros de colorContenido en agua – Peso seco
LigninaJanositz et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Mayor evaporación de agua en los espárragos tratados por pulsos eléctricos
El peso seco de los espárragos sin tratar se mantuvo constante durante los 6 días de almacenamiento, mientras que en los
espárragos tratados por pulsos eléctricos disminuyó 1,23%
Janositz et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Inmediatamente después del tratamiento por pulsos eléctricos, no hubo ningún cambio en
los niveles de glucosa y fructosa
Después de 4 días de almacenamiento se produjo una reducción del 3% en los niveles de glucosa de los espárragos tratados por pulsos eléctricos comparando con los no
tratados
Posiblemente debido a los procesos de respiración o a la liberación de enzimas endógenas por la disgregación celular producida por los pulsos eléctricos
Janositz et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Se observó un mayor pardeamiento de los espárragos tratados por pulsos eléctricos comparando con los no tratados, lo que se refleja en menores valores de L
Posiblemente debido a la liberación de la polifenoloxidasa después de la permeabilización de la membrana celular por el tratamiento por pulsos eléctricos
Janositz et al., 2011
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
La cantidad de lignina disminuyó del 12,6 % (±0,08) en los espárragos no tratados al 10,2%
(±0,34) en los espárragos tratados
La aplicación de los pulsos eléctricos es posible que haya sido efectivo para romper los enlaces inter‐ e intramoleculares entre la
celulosa, la hemicelulosa y la lignina
Janositz et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Los autores sugirieron que la aplicación de pulsos eléctricos en espárragos blancos fue un tratamiento útil para mejorar las características macroscópicas
de las puntas de los espárragos, produciéndose una mayor pérdida de humedad en los espárragos tratados durante la conservación postcosecha,
unido a una reducción del contenido de lignina
Esto podría ser útil para conseguir espárragos con una textura más suave, que podría ser interesante para la industria del procesado de espárragos, como método previo al tratamiento térmico, especialmente para la producción de
espárragos tostados o fritos
Janositz et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Goyal y Siddiqui, 2014
Radiación UV10 kJ/m2, 1 h
Cámara flujo laminar
Tratamiento de Pulsos Eléctricos10000 V/cm, 10 s, 50 Hz
Inmersión Agua Caliente50 ºC / 20 min
Vapores Etanol1 h
Vigna radiata L. Wilczek Brotes
Envasados
25 ± 1 °C – Toma de muestra cada 24 h hasta 72 h 7 ± 1 °C – Toma de muestra cada 24 h hasta 120 h
BOD incubator
Parámetros Físico‐Químicos
Análisis Microbiológicos
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Goyal y Siddiqui, 2014
No hubo diferencia significativa en el recuento de microorganismos totales entre los diferentes tratamientos
El recuento fue de 3,32 a 4,08 log cfu/mL durante el periodo de conservavion de 48 h a temperatura ambiente (25 ºC) y de 3,56 a 3,99 log cfu/mL durante el periodo de
conservación de 120 h a temperatura baja (7 ºC)
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPULSOS ELÉCTRICOS
Goyal y Siddiqui, 2014
Los autores concluyeron que, entre todos los tratamientos estudiados, los vapores de etanol y la inmersión en agua caliente fueron los
tratamientos más efectivos incrementando la vida útil de los brotes,
suprimiendo el crecimiento de la longitud y el peso de los brotes
El etanol redujo el pardeamiento no enzimático, mientras que la inmersión en agua caliente incrementó los sólidos solubles y la acidez
Sin embargo, los pulsos eléctricos y la radiación UV no afectaron significativamente a la longitud de los brotes, sólidos solubles, pardeamiento no enzimático o calidad sensorial de los brotes
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Finalmente entre los métodos físicos más recientes para mejorar la seguridad y prolongar la vida útil de productos
frescos cortados, se encuentra el plasma frío, como una tecnología no térmica
de gran potencial
El plasma es un estado de la materia similar al gas en el que una cierta porción de las partículas se ionizan
El plasma es un gas ionizado por electricidad cuyas moléculas constituyentes se disgregan y liberan electrones, radicales, iones
positivos y negativos y cuantos de radiación electromagnética, si bien algunas moléculas pueden permanecer neutras
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Hay varias clases de plasma, según las condiciones en las que se genere: plasma térmico y plasma frío
Esta tecnología utiliza electricidad y un gas portador (aire, oxígeno, nitrógeno, argón, helio)
El principal modo de acción de esta tecnología se debe a los productos de reacción resultantes del proceso de ionización del plasma
Los diferentes sistemas pueden operar a presión atmosférica o en cámaras de tratamiento de baja presión
CONCEPTOS BÁSICOS
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
El plasma frío se puede usar para la inactivación de microorganismos que se localizan externamente, en la superficie de los alimentos
La composición de los agentes activos microbicidas va a depender de la fuente de plasma, de los parámetros del proceso para generar el plasma, y del tipo de gas usado
A diferencia de la luz UV, el plasma fluye alrededor de los objetos/alimentos por lo que los “efectos de sombra” no ocurren asegurando que todas las partes de un producto son tratadas
Para productos como hortalizas cortadas o carne fresca, no existe una tecnología que proporcione una descontaminación leve de la superficie en la actualidad; el plasma frío podría ser utilizado para este propósito
El plasma frío también puede ser utilizado para la desinfección de superficies antes de su envasado o incluido como parte del proceso de envasado
ÁREAS DE ACCIÓN DEL PLASMA FRÍO EN TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS
Niemira, 2012Ehlbeck et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
MECANISMO DE ACCIÓN ANTIMICROBIANO
Bombardeo de iones
Efecto térmico
Producción de radicales libres
Ruptura de las membranas celulares de
las bacterias
Desnaturalización de proteínas
Daños en el ADN bacteriano
ACTIVACIÓN Y FUNCIONALIZACIÓN DE ENVASES
Incorporación de grupos funcionales a los envases de alimentos para mejorar las características de éstos, mejorar diferentes características de los polímeros, por ejemplo,
mejora de la imprimibilidad, depósitos de revestimientos de barrera y barreras de permeación
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Wang et al., 2012
Los estudios más recientes sobre la aplicación de plasma frío en hortalizas de IV gama combinan el estudio del efecto antimicrobiano con la evaluación de parámetros
relacionados con la calidad
PEPINO ZANAHORIA PERA
Inactivación microbiológicaContenido en aguaParámetros de colorContenido nutricional
Evaluación del efecto de la aplicación de plasma frío a presión atmosférica sobre rodajas de pepino, zanahoria y pera con Salmonella inoculada
Plasma microjet (PMJ)
deviceCompressed air30 mA, 500 V
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Sin embargo, hubo diferencias notables en la supervivencia de
Salmonella en periodos cortos del tratamiento:
Después de 0,5 s de tratamiento, el 90% de Salmonella fue inactivado en la zanahoria, el 60% en el pepino, y
menos del 40% en la pera
Después de 1 s de tratamiento, el 80% de Salmonella fue inactivado en
el pepino y la pera
Después de 4 s de tratamiento, el 100% de Salmonella fue inactivado en la zanahoria, sin embargo un 10%
permaneció sin inactivar en el pepino y la peraLas curvas de inactivación mostraron una
tendencia similar para los 3 productosWang et al., 2012
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
El contenido en humedad se vio ligeramente afectado por el tratamiento:Se observó una pérdida inferior al 5% para los 3 productos después de 8 min de
tratamiento, lo cual no tuvo una influencia en la textura del tejido, considerando esta pérdida de agua aceptable Wang et al., 2012
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
El ∆E para en las rodajas de zanahorias se vio ligeramente incrementado comparado con las rodajas de pepino y pera, quizá debido a la oxidación del caroteno de la superficie
Sin embargo, estas diferencias no fueron detectadas visualmente
Wang et al., 2012
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
El contenido de Vitamina C se vio muy ligeramente
afectado por el tratamiento:
En las rodajas de pepino se observó la reducción
más elevada: 3,6%; en las rodajas de zanahoria fue del 3,2% y en las rodajas
de pera del 2,8%
Wang et al., 2012
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Las especies reactivas de oxígeno –principales agentes bactericidas en el plasma frío– fueron detectadas por
Espectroscopía de resonancia de espín electrónico y Espectroscopía de emisión
óptica
Wang et al., 2012
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2014
Evaluación del efecto antimicrobiano del plasma de Argón en “Dutch Broad Leaved corn salad” (Valerianella olitoria Poll.)
Atmospheric Pressure Plasma Jet (APPJ)
Argon (99.999%)Argon with 0.1% oxygen
added8 W, 220 V, 50/60 Hz
10 kV, 20 kHz
Actividad fotosintética y temperatura de las hojas
Color Eficiencia antibacteriana: hojas de Valerianella
olitoria Poll., manzanas, pepinos y tomates cherry
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2014
El tratamiento con plasma de argón con 0,1% oxígeno, a una distancia de 17 mm, fue el que tuvo menor impacto en la
eficiencia fotosintética y en la temperatura de la superficie de
las hojas
Evaluación del efecto antimicrobiano del plasma de Argón en “Dutch Broad Leaved corn salad” (Valerianella olitoria Poll.)
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2014
El tratamiento con plasma de argón con 0,1% oxígeno, a una distancia de 17 mm, fue el que tuvo menor impacto en el color de
las hojas
Evaluación del efecto antimicrobiano del plasma de Argón en “Dutch Broad Leaved corn salad” (Valerianella olitoria Poll.)
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2014
Evaluación del efecto antimicrobiano del plasma de Argón en “Dutch Broad Leaved corn salad” (Valerianella olitoria Poll.)
Independientemente del producto, el tratamiento a una distancia de 17
mm de la superficie, resultó de forma general en una rápida y
prácticamente completa inactivación de E. coli y L. innocua inoculada, hasta 4 log CFU en los 20
s iniciales de tratamiento
La inactivación más eficiente se produjo en la superficie lisa de las
manzanas
Además estos tratamientos cortos también produjeron una mejor retención de la calidad sensorial
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
FASE DE CRECIMIENTO TEMPERATURA
RÉGIMEN QUÍMICO
Fernández et al., 2013
Evaluación de la inactivación de Salmonella enterica serovar Thyphimoriuminoculada sobre lechuga, fresa y patata
Nitrogen Plasma Jet (APPJ)1 W, 1 kHz
Food discs
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Fernández et al., 2013
Evaluación de la inactivación de Salmonella enterica serovar Thyphimoriuminoculada sobre lechuga, fresa y patata
Los resultados mostraron una reducción bacteriana muy significativa de 2.72, 1.76, y 0.94 log CFU en lechuga, fresa y patata,
respectivamente después de 15 min
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Fernández et al., 2013
Evaluación de la inactivación de Salmonella enterica serovar Thyphimoriuminoculada sobre lechuga, fresa y patata
Las imágenes tomadas con Microscopía Electrónica de Barrido, mostraron como las diferentes matrices, con
diferentes estructuras, pueden ocultar a las células de
Salmonella y/o crear barreras físicas que las protejan de la
inactivación por el tratamiento con plasma frío
lechuga
fresa
patata
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
Atmospheric Pressure Cold Plasma (APCP)
Argon3.95‐12.93 kV, 60 kHz
30 s to 10 min
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativaL. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
Leafy vegetable Porous vegetableSmooth surface
vegetable
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativaL. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
En este estudio se obtuvieron resultados muy similares a los obtenidos por Fernández et al. (2013), produciéndose una reducción de 1.6 log CFU después del tratamiento de
mayor voltaje y de más duración (10 min), en lechuga y tomate
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
En este estudio se obtuvieron mejores resultados de inactivación en el
tomate, seguido de la lechuga, y de la zanahoria, probablemente debido a las diferencias de la superficie de los
diferentes vegetales
No se observaron cambios significativos en la estructura de la lechuga tratada con el Plasma Frío
Atmosférico, sin embargo…
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativaL. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
…La estructura de las células de E. coli después del tratamiento de mayor voltaje (12.83 kV) y de más duración (10 min) mostraron una superficie totalmente dañada, un alto grado de electroporación,
fusión entre células, disrupción de la membrana celular, y cambio en la forma de las células
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativaL. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
Los autores concluyeron que la mezcla adecuada de argón/oxígeno, el voltaje, el tiempo de exposición, así como la superficie del producto, y la carga inicial de microorganismos; son factores muy importantes que
combinados adecuadamente podrían incrementar el grado de inactivación microbiológica alcanzado
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativaL. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
Leafy vegetable Porous vegetableSmooth surface
vegetable
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2015
Parámetros de colorTextura
Eficiencia fotosintéticaRecuento de microorganismos
aerobios mesófilosInactivación de E coli inoculada
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
Plasma Processed Air (PPA)1.20 kV
2.5 min, 5 min, 10 min
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2015
A. Después de 5 min de aplicación del plasma, el recuento de microorganismos aerobios mesófilos totales se redujo 3.4±0.4 (□), 1.2±0.5 (∆), 5.2±0.5 (○), y 3.3±0.5 (◊) log CFU en manzanas, pepinos, zanahorias, y tomates, respectivamente
B. Después de 10 min de tratamiento, se produjo una reducción de E. coli inoculada de 4.6±2.0 (□) y 6.0±0.8 (○) log CFU en manzanas y zanahorias, respectivamente
A B
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2015
Los tomates y las zanahorias mostraron cambios significativos
en el color
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2015Los zanahorias mostraron cambios significativos en la t t
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Baier et al., 2015
Los pepinos mostraron cambios significativos relacionados con la eficiencia fotosintética
Los autores concluyeron que este tratamiento fue más adecuado para las manzanas, que fue el producto más estable después del tratamiento. Si bien, en las zanahoriasse obtuvo una inactivación microbiológica muy elevada, el tratamiento produjo efectos indeseables en la superficie. Por tanto, para la aplicación de este tipo de
tratamiento, se hace necesario un estudio exhaustivo caso por caso
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Panjak et al., 2014
Panjak et al. (2014) han trabajado activamente en las aplicaciones del plasma frío para la
modificación y descontaminación de la superficie de polímeros de gran importancia
en el envasado de alimentos:
Polietileno (PE‐polyethylene)
Polipropileno (PP‐polypropylene)
y tereftalato de polietileno(PET‐polyethylene terephtalate)
Una aplicación muy importante del plasma frío es su aplicación en productos envasados
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Siendo también esta tecnología objeto de estudio delproyecto SAFEBAG:
Utilización de plasma frío para descontaminar frutas y verduras cortadas
Séptimo Programa Marco de la Unión Europea
En este sentido, se ha probado su eficacia en reducir notablemente la carga microbiana en tomates cherry (Misra et al., 2014a) y fresas (Misra et al., 2014b) dentro de un envase
Misra et al., 2014aProyecto UE – SAFEBAG Misra et al., 2014b
El equipo de investigación ha construido un prototipo en fase precompetitiva basado en plasma frío que ya está listo para ensayarse en instalaciones industriales para determinar su efectividad a la hora de descontaminar frutas y verduras frescas
envasadas en bolsas
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Misra et al., 2014aProyecto UE – SAFEBAG
TOMATES CHERRY ENVASADOS
Cold plasma generated in Air60 kV, 50 Hz
30 s, 60 s, 180 s, 300 s
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Misra et al., 2014aProyecto UE – SAFEBAG
TOMATES CHERRY ENVASADOS
El tratamiento con plasma frío de los tomates cherry envasados no afectó de forma adversa a parámetros relacionados con la calidad como el color, la firmeza, el pH y la pérdida de peso
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MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Misra et al., 2014bProyecto UE – SAFEBAG
FRESAS ENVASADAS
Cold plasma generated in Air60 kV, 50 Hz
30 s, 60 s, 180 s, 300 s
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Misra et al., 2014bProyecto UE – SAFEBAG
FRESAS ENVASADAS
El tratamiento con plasma frío de los fresas envasadas durante 5 min alcanzó reducciones de 2.4 y 3.3 log
CFU/g de microorganismos mesófilos totales, y mohos y levaduras, respectivamente
La Tasa de Respiración disminuyócon el tiempo tanto en las muestras
control como en las tratadas
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNPLASMA FRÍO
Misra et al., 2014bProyecto UE – SAFEBAG
FRESAS ENVASADAS
El tratamiento con plasma frío de los fresas envasadas redujo la microflora presente en las fresas sin inducir un estrés fisiológico significativo ni afectar adversamente a parámetros
como el color o la firmeza
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
Los avances en nuevas tecnologías han aportado interesantes alternativas en sistemas de desinfección que permiten hacer más sólido y sostenido el crecimiento
de los productos de IV gama en general, y de hortalizas en particular
Concepción Sánchez-Moreno González
Departamento de Caracterización, Calidad y SeguridadInstituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición – ICTAN
Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC
Tel.: 91 5492300 – Fax: 91 5493627E-mail: [email protected]
