1. No category

Tercera reunión Red Temática PROCESADO DE HORTALIZAS DE IV GAMA
MATERIA PRIMA
TÉCNICAS SANITIZANTES EMERGENTES Y RIESGO MICROBIOLÓGICO
LAVADO PRODUCTO ENTERO
LIMPIEZA-Eliminación fracción
no comestible
MÉTODOS FÍSICOS DE DESINFECCIÓN NO
TRADICIONALES APLICABLES AL PROCESO DE
ELABORACIÓN DE HORTALIZAS DE IV GAMA
PELADO/CORTADO
LAVADO E HIGIENIZACIÓN
Concepción Sánchez-Moreno González
ESCURRIDO Y CENTRIFUGADO
Departamento de Caracterización, Calidad y Seguridad
Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición – ICTAN
Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC
ENVASADO en Atmósfera
Modificada (MAP) ETIQUETADO
Tel.: +34 915492300 – Fax: +34 915493627
E-mail: [email protected]
ALMACENAMIENTO
DISTRIBUCIÓN
VENTA EN REFRIGERACIÓN
VIDA ÚTIL: 7‐15 días REFRIGERACIÓN
LAVADO E HIGIENIZACIÓN DE HORTALIZAS DE IV GAMA
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
TRATAMIENTOS QUÍMICOS
USO DE AGENTES DESINFECTANTES
Cloro y derivados
Radiación UV‐C
Radiación Gamma
Dióxido de Cloro – ClO2
Luz Pulsada
Hipoclorito Sódico – NaClO
Ultrasonidos
Hipoclorito Cálcico – Ca(ClO)2
Alta Presión Hidrostática
Cloro Gas – Cl2
Pulsos Eléctricos
Otros desinfectantes químicos
Ozono – O3
Peróxido de Hidrógeno – H2O2
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Plasma Frío
Recubrimientos y Películas Comestibles
Agua Electrolizada
Ácido Peroxiacético (PAA) – C2H4O3
Ácidos Orgánicos: láctico, cítrico, acético
Aceites esenciales de plantas: tomillo,
romero, orégano, eucalipto
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
DEFINICIÓN DEL PROCESO
• 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
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)
1
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
EFECTO SOBRE PROTEÍNAS, ENZIMAS Y MICROORGANISMOS
EFECTO SOBRE PROTEÍNAS, ENZIMAS Y MICROORGANISMOS
PRESIÓN
1000 MPa
500 MPa
400 MPa
300 MPa
200 MPa
100 MPa
EFECTOS
Inactivación de Esporas
Inactivación Irreversible de Enzimas
Gelatinización del Almidón
Desnaturalización de Proteínas
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
EFECTOS
REDUCE DRÁSTICAMENTE LA FLORA MICROBIOLÓGICA CONTAMINANTE Y PATÓGENOS (Listeria, Salmonella, Escherichia
coli, etc.) MEJORANDO LA SEGURIDAD DEL ALIMENTO
INACTIVA O REDUCE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS CAUSANTES DE LA PÉRDIDA DE CALIDA DE LOS ALIMENTOS Inactivación de Microorganismos
Inactivación Reversible de Enzimas
Disociación de Subunidades de Proteínas
Desintegración de Células
Efecto en la Cinética de las Enzimas
APLICACIONES
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)
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
SISTEMAS SEMICONTINUOS
Alimento líquido bombeado en un cilindro de acero
Envasado posteriormente
SISTEMAS DISCONTINUOS (Batch)
Alimento envasado
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Alta Presió
Alta Presión Hidrostá
n Hidrostática‐
tica‐Uso‐
Uso‐Aplicaciones‐
Aplicaciones‐Coste
Alta Presió
Alta Presión Hidrostá
n Hidrostática‐
tica‐Hortalizas IV Gama










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)
Tratamientos de APH de 400 MPa
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 Las zanahorias y los pepinos mostraron un ablandamiento
La 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
Wendakoon et al., 2010
2
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Alta Presió
Alta Presión Hidrostá
n Hidrostática‐
tica‐Hortalizas IV Gama
Alta Presió
Alta Presión Hidrostá
n Hidrostática‐
tica‐Hortalizas IV Gama
Mayor humedad
Menor dureza
Envasadas al vacío
Nabo
(Brassica napus var. napobrassica)
RODAJAS – 15 mm
Tratamientos Combinados de APH y Temperatura
Tratamiento Térmico
200 MPa / 20 ºC / 5 min – 200 MPa / 40 ºC / 5 min
400 MPa / 20 ºC / 5 min – 400 MPa / 40 ºC / 5 min
600 MPa / 20 ºC / 5 min – 600 MPa / 40 ºC / 5 min
versus
90 ºC – 30 min
Clariana et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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
Clariana et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Alta Presió
Alta Presión Hidrostá
n Hidrostática‐
tica‐Hortalizas IV Gama
Se detectaron e identificaron 4 glucosinolatos:
glucorafanina, progoitrina, glucobrasicanapina y glucobrasicina
Calabaza
(Cucurbita maxima Dutch.)
Envasadas al vacío
RODAJAS – 1,5 cm
Tratamientos de APH
Tratamiento Térmico
550 MPa / 20 ºC / 10 min
450 MPa / 20 ºC / 15 min
versus
85 ºC – 5 min
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
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
Clariana et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Conservación 4 ºC
60 días
Zhou et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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
2,57 log CFU/g
1,69 log CFU/g
Después de 45 días de conservación a 4 ºC, el recuento de microorganismos totales incrementó a 2,57 y 1,69 log
CFU/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
CAMBIOS EN PARÁMETROS DE COLOR
El crecimiento de los microorganismos a lo largo de la conservación produjo un aumento en ∆E
Zhou et al., 2014
Zhou et al., 2014
3
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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
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)
Zhou et al., 2014
Zhou et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
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
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
Zhou et al., 2014
Zhou et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Los autores concluyeron que el tratamiento de APH a 500 MPa/10 min
fue 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
Zhou et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
DEFINICIÓN DEL PROCESO
•
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
4
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
FUNDAMENTO
PRINCIPIO FÍSICO
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)
El alimento va a actuar como un material conductor que presenta una resistencia al paso de la corriente
Propiedades eléctricas de los alimentos que presentan alta concentración de iones y son conductores eléctricos DEPENDE DE LAS PROPIEDADES ELÉ
DEPENDE DE LAS PROPIEDADES ELÉCTRICAS 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 HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
FUNDAMENTO
Pulsos Elé
Pulsos Eléctricos‐
ctricos‐Uso‐
Uso‐Aplicaciones‐
Aplicaciones‐Coste
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
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 (Puértolas
et al., 2010).
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE FLUJO CONTINUO:
CÁMARA DE PLATOS o ELECTRODOS PARALELOS
CÁMARA COAXIAL
CÁMARA COLINEAL
‐Platos o electrodos en paralelo, de forma coaxial o colineal
‐Empleadas a nivel industrial
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 HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
Un reciente estudio, aplicó
pulsos 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
Qian et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
Los estudios referidos al empleo de los pulsos eléctricos como método de desinfección o higienización de productos de la IV gama son escasos
MANZANA FRESCA CORTADA
Tratamiento de Pulsos Eléctricos
1,5 kV/cm, 100 pulsos, 4 Hz
Tratamiento de APH
600 MPa / 2 min
Tratamiento Térmico
Convencional: 90 ºC / 60 s
Conservación 5 ºC
60 días
Shayanfar et al., 2014
5
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
Los autores concluyeron que la combinación de diferentes tecnologías inhibió
completamente el crecimiento microbiano: microorganismos aerobios mesófilos, mohos, levaduras y coliformes totales
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
Shayanfar et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
Shayanfar et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS 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 blanco
Asparagus officinalis
Output voltage: 15,000 V
Electrode gap: d=3 cm
Electric field strength: E=5 kV/cm
Pulse number: n=20
Pulse duration: τ=400 μs
Frequency: ƒ=2 Hz
Contenido en azúcares: D‐glucosa, D‐fructosa
Integridad celular
Parámetros de color
Contenido en agua – Peso seco
Lignina
Mayor evaporación de agua en los espárragos tratados por pulsos eléctricos
Janositz et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
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 HIGIENIZACIÓN
PULSOS 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
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
6
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS 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
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
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
Janositz et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
Radiación UV
10 kJ/m2, 1 h
Cámara flujo laminar
Tratamiento de Pulsos Eléctricos
10000 V/cm, 10 s, 50 Hz
Vigna radiata L. Wilczek
Inmersión Agua Caliente
50 ºC / 20 min
Brotes
Vapores Etanol
1 h
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
Envasados
Parámetros Físico‐
Químicos
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)
Análisis Microbiológicos
Goyal y Siddiqui, 2014
Goyal y Siddiqui, 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PULSOS ELÉCTRICOS
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, MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA 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
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
El plasma es un estado de la materia similar al gas en el que una cierta porción de las partículas se ionizan
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
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
Goyal y Siddiqui, 2014
7
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
ÁREAS DE ACCIÓN DEL PLASMA FRÍO EN TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS
El plasma frío se puede usar para la inactivación de microorganismos que se localizan externamente, en la superficie de los alimentos
CONCEPTOS BÁSICOS
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
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
Ehlbeck et al., 2011
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MECANISMO DE ACCIÓN ANTIMICROBIANO
Bombardeo de iones Efecto térmico Ruptura de las membranas celulares de las bacterias
Desnaturalización de proteínas
Producción de radicales libres
Niemira, 2012
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
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
Evaluación del efecto de la aplicación de plasma frío a presión atmosférica sobre rodajas de pepino, zanahoria y pera con Salmonella inoculada
PEPINO
ZANAHORIA
Daños en el ADN bacteriano
PERA
Plasma microjet (PMJ) device
Compressed air
30 mA, 500 V
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 HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Inactivación microbiológica
Contenido en agua
Parámetros de color
Contenido nutricional
Wang et al., 2012
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA 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
Las curvas de inactivación mostraron una tendencia similar para los 3 productos
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 pera
Wang et al., 2012
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
8
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
El contenido de Vitamina C se vio muy ligeramente afectado por el tratamiento:
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
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%
Sin embargo, estas diferencias no fueron detectadas visualmente
Wang et al., 2012
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Wang et al., 2012
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
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
added
8 W, 220 V, 50/60 Hz
10 kV, 20 kHz
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
Actividad fotosintética y temperatura de las hojas
Color Eficiencia antibacteriana: hojas de Valerianella
olitoria Poll., manzanas, pepinos y tomates cherry
Baier et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Evaluación del efecto antimicrobiano del plasma de Argón en “Dutch Broad Leaved corn salad” (Valerianella olitoria Poll.)
Evaluación del efecto antimicrobiano del plasma de Argón en “Dutch Broad Leaved corn salad” (Valerianella olitoria Poll.)
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
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
Baier et al., 2014
9
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Evaluación del efecto antimicrobiano del plasma de Argón en “Dutch Broad Leaved corn salad” (Valerianella olitoria Poll.)
Evaluación de la inactivación de Salmonella enterica serovar Thyphimorium
inoculada sobre lechuga, fresa y patata
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
Food discs
FASE DE CRECIMIENTO
TEMPERATURA
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
Baier et al., 2014
RÉGIMEN QUÍMICO
Nitrogen Plasma Jet (APPJ)
1 W, 1 kHz
Fernández et al., 2013
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Evaluación de la inactivación de Salmonella enterica serovar Thyphimorium
inoculada sobre lechuga, fresa y patata
Evaluación de la inactivación de Salmonella enterica serovar Thyphimorium
inoculada 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
lechuga
fresa
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
patata
Fernández et al., 2013
Fernández et al., 2013
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativa
L. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativa
L. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
Atmospheric Pressure Cold Plasma (APCP)
Argon
3.95‐12.93 kV, 60 kHz
30 s to 10 min
Leafy vegetable
Porous vegetable
Smooth surface
vegetable
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
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
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
10
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativa
L. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativa
L. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
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…
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Evaluación de la inactivación de Escherichia coli inoculada sobre lechuga (Lactuca sativa
L. var. longifolia), zanahoria (Daucus carota L.) y tomate (Lycopersicon lycopersicum)
Leafy vegetable
Porous vegetable
…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 Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
Smooth surface
vegetable
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
Bermúdez‐Aguirre et al., 2013
Plasma Processed Air (PPA)
1.20 kV
2.5 min, 5 min, 10 min
Parámetros de color
Textura
Eficiencia fotosintética
Recuento de microorganismos aerobios mesófilos
Inactivación de E coli inoculada
Baier et al., 2015
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
A
B
Los tomates y las zanahorias mostraron cambios significativos en el color
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
Baier et al., 2015
Baier et al., 2015
11
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
Evaluación del efecto antimicrobiano y del efecto sobre parámetros de calidad del plasma de aire sobre manzanas Granny Smith, pepinos, tomates y zanahorias
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 zanahorias
se 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
Los zanahorias mostraron cambios significativos en la t t
Baier et al., 2015
Baier et al., 2015
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Una aplicación muy importante del plasma frío es su aplicación en productos envasados
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:
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
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
Polietileno (PE‐polyethylene)
Polipropileno (PP‐polypropylene)
Siendo también esta tecnología objeto de estudio del
proyecto SAFEBAG:
Utilización de plasma frío para descontaminar frutas y verduras cortadas
y tereftalato de polietileno
(PET‐polyethylene terephtalate)
Séptimo Programa Marco de la Unión Europea
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
Panjak et al., 2014
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Proyecto UE – SAFEBAG
Misra et al., 2014a
Misra et al., 2014b
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
TOMATES CHERRY ENVASADOS
TOMATES CHERRY ENVASADOS
Cold plasma generated in Air
60 kV, 50 Hz
30 s, 60 s, 180 s, 300 s
Proyecto UE – SAFEBAG
Misra et al., 2014a
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
Proyecto UE – SAFEBAG
Misra et al., 2014a
12
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
FRESAS ENVASADAS
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 La Tasa de Respiración disminuyó
y levaduras, respectivamente
con el tiempo tanto en las muestras control como en las tratadas
Cold plasma generated in Air
60 kV, 50 Hz
30 s, 60 s, 180 s, 300 s
Proyecto UE – SAFEBAG
Misra et al., 2014b
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
PLASMA FRÍO
Proyecto UE – SAFEBAG
Misra et al., 2014b
MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓN
FRESAS ENVASADAS
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
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
Proyecto UE – SAFEBAG
Misra et al., 2014b
Departamento de Caracterización, Calidad y Seguridad
Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición – ICTAN
Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC
Tel.: 91 5492300 – Fax: 91 5493627
E-mail: [email protected]
13