La alta presión isostática
La tecnología de Alta Presión Isostática (API) consiste en aplicar una presión entre 100 y 1000 MPa sobre un líquido que contiene los productos que van a ser sometidos a tratamiento. Generalmente, suele utilizarse agua debido a su baja compresibilidad, de ahí que se le denomine también alta presión hidrostática.
Cuando se ejerce una fuerza sobre una superficie, el efecto generado o presión, se expresa como el cociente de la intensidad de esta fuerza por unidad de superficie.
En el Sistema Internacional de unidades (SI), la unidad de presión es el pascal (Pa): 1Pa = N · m-2.
En el procesado de alimentos, se utiliza el mega pascal (MPa): 1 MPa = 10 bar.
La utilización de altas presiones hidrostáticas se rige, fundamentalmente, por dos principios:
- La ley de Pascal, según la cual una presión externa aplicada a un fluido confinado se transmite de forma uniforme e instantánea en todas las direcciones.
- De acuerdo con la ley de Pascal, esta tecnología puede aplicarse directamente a alimentos líquidos o a cualquier producto envasado sumergidos en un fluido de presurización (de baja compresibilidad). La presión aplicada al sistema permitiría un tratamiento isostático y uniforme y es independiente de la geometría y volumen del producto procesado.
- El principio de Henri Le Chatelier enuncia que cualquier fenómeno (reacciones químicas, cambios moleculares, etc.) que va acompañado de disminución de volumen se incrementa al aumentar la presión, y viceversa.
- Los efectos de la presión sobre el comportamiento de los sistemas bioquímicos se rigen por el principio de Henri Le Chatelier.
Los equipos de alta presión empleados en el procesado de alimentos se componen de:
- Una cámara de presurización (cilíndrica de acero resistente a la presión).
- Un generador de la presión (sistema de bombeo constituido por una bomba hidráulica y un multiplicador de presión).
- Un sistema de control de temperatura (calentamiento o enfriamiento).
La generación de la presión se consigue mediante:
- En el sistema de compresión directa los alimentos (líquidos o sólidos) envasados se colocan en el interior de la cámara de presurización.
- En la compresión indirecta, un intensificador o una bomba de alta presión envía un fluido hacia la cámara de presurización hasta alcanzar la presión deseada.
Los efectos sobre los enlaces químicos:
La influencia de una variación isotérmica de la presión sobre la constante de equilibrio viene dada por la expresión general del cambio de energía siguiente:
DG = - RT · ln K = DE + p · DV – T · DS
- R es la constante de los gases perfectos.
- T es la temperatura.
- K es la constante de equilibrio que gobierna el proceso.
- P es la presión.
- DG, DE, DV y DS son los cambios de energía libre, energía interna total, volumen y entropía
Los efectos sobre los sistemas biológicos:
La presión afecta la conformación espacial de las macromoléculas, los cambios de estado físico del agua y los lípidos, así como a numerosas reacciones químicas.
Los efectos sobre los constituyentes de los alimentos:
- Agua. El volumen del agua disminuye un 4 % a 100 MPa y un 15 % a 600 MPa a una temperatura de 22 °C y los alimentos con gran contenido de humedad y poco gas experimentan una reducción de volumen similar a la del agua.
- Proteínas. Se han realizado numerosos estudios del efecto de la presión sobre la estructura y las propiedades funcionales de las proteínas.
- Lípidos. Los principales efectos de la presión sobre los lípidos se encuentran en los cambios de fase, de modo que la temperatura de fusión aumenta de manera reversible más de 10 °C por cada 100 MPa.
- Carbohidratos. En general, las moléculas de baja masa molecular como carbohidratos simples, aminoácidos y compuestos del flavor son muy resistentes a la presión.
- Vitaminas. Una de las ventajas más importantes de la API es la retención de la calidad nutricional original del producto.
- Microorganismos. Hay un gran número de estudios sobre los cambios inducidos por la API en las células microbianas, incluyendo alteraciones en la membrana celular, la morfología de la célula, efectos sobre las proteínas y enzimas, así como sobre el material genético.
- Esporas bacterianas. Las esporas pueden ser extremadamente resistentes a la presión, así como a otros tratamientos físicos y pueden sobrevivir a más de 1.000 MPa.
- Mohos y levaduras. Son relativamente sensibles a la presión, la mayor parte de hongos y levaduras se inactivan a 400 MPa, así como las formas vegetativas, mientras que las ascosporas son más resistentes.
- Virus. Los virus son muy heterogéneos, por lo que su respuesta a la presión varía
Los ultrasonidos
Son ondas acústicas inaudibles de una frecuencia superior a 20 kHz. Al atravesar los medios líquidos, los ultrasonidos generan ciclos alternativos de compresión y expansión y, como consecuencia, la aparición de burbujas de gas en la masa del líquido.
Para la conservación de los alimentos, son más eficaces las ondas ultrasónicas de baja frecuencia (20-100 KHz) y alta intensidad (10-1.000 W/cm2). Los ultrasonidos de baja frecuencia y alta potencia poseen la suficiente energía como para romper los enlaces intermoleculares.
Innovaciones en el procesado de alimentos:
- Tecnologías no térmicas, técnicas de conservación.
- La aplicación de ultrasonidos y tratamientos térmicos suaves (menor de 100 °C, habitualmente entre 50-60 °C) ha dado lugar al procedimiento denominado termoultrasonicación.
- La combinación con incrementos de presión (inferior a 600 MPa) se denomina manosonicación.
- Las tres estrategias de forma conjunta se conocen como manotermosonicación.
Cualquiera que sea el tipo se sistema utilizado para aplicar ultrasonidos a los alimentos, este consta de tres partes básicas:
- Generador. Oscilador electrónico o mecánico de fabricación robusta, fiable y capaz de funcionar con carga y sin carga.
- Transductor. Aparato que transforma la energía mecánica o eléctrica en energía sonora con frecuencias ultrasónicas.
- Propagador. Elemento final del sistema que permite la propagación de las vibraciones ultrasonoras hacia la sustancia que está siendo tratada (normalmente un líquido).
Las irradiaciones
En la industria alimentaria, el término de irradiación se utiliza para referirse a tratamientos en los que los alimentos se exponen a la acción de radiaciones ionizantes durante un cierto tiempo.
En el sistema internacional, la dosis absorbida se mide en gray (Gy), siendo este equivalente a la absorción de un Julio por kilogramo de masa tratada.
Los tipos de fuentes de radiación ionizante apropiados para la irradiación de alimentos son:
- Radiación gamma: procedente de los radionúclidos. (Cobalto-60 y Cesio-137).
- Rayos X: generados por aparatos que funcionen con una energía nominal igual o menor a 5 MeV.
- Electrones acelerados: generados por aparatos que funcionen con una energía nominal igual o menor a 10 MeV (Real Decreto 348/2001).
Los tratamientos pueden clasificarse según la OMS y de acuerdo con la dosis media absorbida como:
- Dosis baja. Hasta 1 kGy, usada para retardar procesos biológicos (maduración y senescencia) de frutas frescas y hortalizas, así como para eliminar insectos y parásitos en diversos alimentos.
- Dosis media. Hasta 10 kGy, usada para reducir microorganismos patógenos y alterantes de diferentes alimentos, así como para mejorar propiedades tecnológicas de los alimentos.
- Dosis alta. Superior a 10 kGy, para la esterilización comercial (generalmente en combinación con tratamientos térmicos suaves) de diversos alimentos en casos especiales.
Los pulsos eléctricos de alta intensidad
La técnica consiste en aplicar a los alimentos fluidos un campo eléctrico de alta intensidad, entre 20 y 60 kV/cm (hasta 80 kV/cm), en forma de pulsos de corta amplitud con una duración de pulso entre unos pocos microsegundos y milisegundos.
La conservación de los alimentos requiere la destrucción de los microorganismos patógenos y la inactivación de los enzimas responsables de las reacciones indeseables en los alimentos.
Los campos eléctricos pulsantes pueden inactivar los microorganismos y las enzimas, sin embargo, esta inactivación se produce cuando se sobrepasa un cierto umbral de intensidad del campo eléctrico.
Basándose en la teoría de ruptura dieléctrica, los campos eléctricos externos inducen una diferencia de potencial entre las membranas de las células. Cuando este potencial alcanza un valor crítico o un valor umbral, tiene lugar una formación de poros en la membrana de las células, produciéndose un incremento de la permeabilidad de las membranas celulares.
Si se pretende dar un tratamiento de pasteurización, la intensidad del campo eléctrico depende del tipo de microorganismos o enzimas presentes en el alimento, pero la inactivación de microorganismos también depende de la temperatura, del pH y de fuerza iónica del alimento, de la duración del campo eléctrico y de la fase de crecimiento en que se encuentren los microorganismos.
En una de las mejores alternativas a los métodos convencionales de pasteurización, lo que hizo que se denominara pasterización fría.
Los equipos de generación de pulsos eléctricos de alta intensidad constan de:
- Una fuente de alimentación de alto voltaje
- Un regulador de frecuencia y tipo de descarga
- Una cámara de tratamiento constituida por los electrodos entre los que circula el alimento
- Un sistema de refrigeración
- Dispositivos de control