UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DE CUSCO TECNOLOGÍAS EMERGENTES PARA EL PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS Capítulo 13 Tecnología de Luz Pulsada de Alta Intensidad TÓPICO JHON RONY ROQUE HUAMANI PUERTO MALDONADO, ENERO DE 2020. Resumen. Durante mucho tiempo se ha buscado la seguridad microbiana de los alimentos junto con una conservación de sus propiedades. Sin embargo, la mayoría de las veces, la seguridad es acompañada con la pérdida de sus características nutricionales, de textura y sabor; es por esto que se recurre a tecnologías no térmicas como los pulsos eléctricos. El objetivo de este trabajo es dar a conocer los fundamentos y aplicaciones de los pulsos eléctricos en la industria alimentaria, puesto que, diversos estudios, han demostrado que esta tecnología permite la inactivación de muchas especies de microorganismos a través de la acción de la luz ultravioleta sobre el ADN de micro células viales. ÍNDICE. I.Introducción. ....................................................................................................................... 4 II. Estado de arte. .............................................................................................................. 4 2.1 Consideraciones técnicas. .......................................................................................... 5 2.2 Principios de luz pulsada. ............................................................................................ 6 2.3 Características de la luz pulsada ................................................................................ 7 2.4 Mecanismos de inactivación microbiana .................................................................. 7 2.5 Aplicaciones industriales ............................................................................................. 7 III. Conclusión: ............................................................................................................... 9 IV. Bibliografía. ............................................................................................................... 9 4 I. Introducción. La descomposición o deterioro del alimento, se le denomina a todo alimento que según la conformidad con los hábitos, costumbres y diferencias individuales no resulte apropiado para el consumo humano. Su principal causa de deterioro es el ataque por diferentes tipos de microorganismos (bacterias, levaduras y mohos). Esto tiene implicaciones económicas evidentes, tanto para los fabricantes (deterioro de materias primas y productos elaborados antes de su comercialización, pérdida de la imagen de marca, etc.), como para los consumidores (producción de diversas enfermedades). Existen razones poderosas para evitar la alteración de los alimentos, así por ejemplo, los métodos físicos, como el calentamiento, deshidratación, irradiación, congelación o métodos químicos que causen la muerte de los microrganismos o que al menos eviten su crecimiento. Sin embargo, mucho de estos métodos afectan la composición fisicoquímica de los alimentos. La aplicación de tecnologías de higienización eficaces, ha llevado a conservar sustancialmente las propiedades sensoriales y nutritivas del producto. La tecnología de pulsos de luz es un método no térmico de conservación que se basa principalmente en el efecto microbicida de la luz ultravioleta (UV). Este tipo de radiación electromagnética es muy eficaz para la inactivación de los microorganismos, tanto bacterias, como mohos, levaduras, virus y protozoos, y tanto para la destrucción de formas vegetativas bacterianas como de sus esporas. El principal mecanismo por el que se produce la inactivación es la formación de dímeros de bases pirimidínicas adyacentes en la cadena de ADN, fundamentalmente de timina, que impiden el desdoblamiento de la doble hélice durante el proceso de duplicación celular (Sinha y Häder, 2002; Wang y col., 2005). La región UV-C (200-280 nm) es la principal causante de estas lesiones en el material genético. II. Estado de arte. Sus inicios se remontan a finales de la década de 1970 en Japón, con los primeros ensayos in vitro para inactivar microorganismos mediante el empleo de lámparas capaces de producir intensos destellos de luz UV, que posteriormente dieron paso al desarrollo de lámparas de gases inertes que permiten emitir luz 5 en una amplia banda de longitudes de onda (Dunn y col., 1989). En el año 1996, la Food and Drug Administration (FDA) de EE.UU. aprobó la aplicación de los pulsos de luz para el tratamiento de los alimentos (FDA, 1996). Figura 1. Representación esquemática de un sistema para el tratamiento con pulsos de luz. Cada pulso se genera mediante la acumulación de energía en un condensador y su liberación rápida a una lámpara que contiene gas xenón que, al ionizarse súbitamente, produce un destello intenso. La luz emitida se compone aproximadamente de un 30-40% de radiación UV, correspondiendo el resto aproximadamente a partes iguales de radiación infrarroja y luz visible (GómezLópez y col., 2007; Oms-Oliu y col., 2010). Dependiendo de las características del equipo, las lámparas pueden emitir en cada destello desde 5-10 J hasta 600 J, por lo que el número de pulsos para obtener la misma intensidad de tratamiento es variable. Dicha intensidad viene definida por el parámetro fluencia, que es la energía recibida por unidad de superficie o volumen. En los alimentos sólidos se expresa habitualmente en J/cm2. El límite de fluencia que establece la FDA para el tratamiento de los alimentos es de 12 J/cm2 (FDA, 1996). 2.1 Consideraciones técnicas. La luz pulsada es una tecnología de conservación de gran potencial para su utilización en el sector alimentario. Se encuentra dentro del grupo de las nuevas 6 tecnologías no térmicas o suaves y permite la obtención de productos alimenticios acordes con las exigencias actuales del consumidor, que demanda alimentos menos procesados o más similares a los frescos pero de mayor calidad y seguridad. Consiste en la aplicación de flashes o pulsos sucesivos de luz intensa sobre el producto a tratar. El sistema utiliza una lámpara de xenón, que libera muy rápidamente la energía eléctrica en forma de luz a la superficie del producto situado en la cámara de tratamiento. 2.2 Principios de luz pulsada. Las radiaciones electromagnéticas son emitidas y propagadas por una serie de ondas que difieren en longitud de onda, frecuencia y energía. Cuando una radiación de energía Eo golpea la superficie de un material, parte de esta energía rEo, donde r es el coeficiente de reflexión del material, es reflejada por la superficie, parte de ella es absorbida por las capas del material a través de las cuales la penetra y parte de la energía es transmitida a las capas internas Radiación incidente de energía E0 Energía transmitida Figura 2. Principios de luz pulsada. Radiación reflejada de energía rE0 7 La energía E(x) de la luz transmitida una distancia x debajo de la superficie del cuerpo del material, decrece con x de acuerdo a la ley de Lambert Beer. 𝐸 (𝑋): (1 − 𝑟)𝐸0 ∗ 𝑒 −(𝑎𝑙𝑝ℎ𝑎)𝑋 Donde alpha es el coeficiente de extinción, el cual mide la transparencia u opacidad de un cuerpo. La mayoría de los sólidos son opacos y no son capaces de absorber energía y es así para muchos alimentos, la intensidad de la luz decrece rápidamente mientras penetra en el cuerpo. La energía Ed absorbida por una capa de profundidad d debajo de la distancia x es: 𝐸𝑑 : 𝐸 (𝑋)(1 − 𝑒 −(𝑎𝑙𝑝ℎ𝑎)𝑑 ) La energía de la luz absorbida es generalmente disipada como calor, lo cual resulta en un incremento de calor igual a: 𝐷𝑖𝑓 𝑇: 𝐸𝑑 /(𝑝𝐶𝑃𝐴𝑑) Donde p y CP son la densidad y el calor específico del material, y A es el área de superficie. 2.3 Características de la luz pulsada · Tiempo de procesado corto, entre 100-350 microsegundos por pulso · Proceso no térmico: no incrementa la temperatura del producto tratado · Amplio espectro de emisión: desde los 190 nm (ultravioleta) hasta los 1000 nm (infrarojo próximo). Alto contenido en UV. 2.4 Mecanismos de inactivación microbiana Mediante el tratamiento de pulsos de luz se pueden inactivar un amplio rango de microorganismos (formas vegetativas y esporuladas), así como sistemas enzimáticos implicados en el deterioro de los alimentos. La inactivación microbiana se produce principalmente como consecuencia de los daños que la luz pulsada induce en el ADN y ARN y, aunque en menor medida, en otras estructuras celulares. 2.5 Aplicaciones industriales La eficacia de esta tecnología dependerá de las características del producto que vayamos a tratar, influyendo factores como su color, transparencia, tipo de superficie o composición nutricional. (Koutchma y col., 2009), 8 Un tratamiento de 8,4 J/cm2 proporcionó una inactivación cercana a 2 log ufc/cm2 en lonchas de jamón cocido sin modificar las propiedades sensoriales del producto. Sin embargo, una emulsión cárnica como la mortadela resultó más sensible al tratamiento, por lo que habría que aplicar fluencias menores para evitar cambios sensoriales no deseables. Con 8,4 J/cm2, además de la aparición de cambios en el color y el aroma, la inactivación de Listeria sería aproximadamente el 50% de la obtenida en jamón cocido, ya que la estructura del producto proporciona una mayor presencia de zonas de sombra para la protección de los microorganismos. Tabla 1. Inactivación de Listeria sp. en la superficie de distintos productos RTE de origen animal. Producto RTE Fluencia (J/cm2 ) Inactivación (log cfu/cm2) Jamón cocidoa 8,4 1,8 Mortadelaa 2,1 0,7 Carpaccio de ternerab 2,1 0,5 Lomo curadoc 11,9 1,6 Salchichónc 11,9 1,8 Quesod 0,9 1-3 Jamón curadoe 4,2 1-2 Fuente: (a) Hierro y col. (2011), (b) Hierro y col. (2012), (c) Ganan y col. (2013), (d) Fernández y col. (2015), (e) Comunicación personal. Por lo que se refiere a los productos cárnicos crudos curados como el lomo o el salchichón, fluencias de 11,9 J/cm2 permitieron reducir la población de Listeria en más de 1,5 log ufc/cm2, manteniendo la calidad sensorial del producto. En lonchas de jamón curado se obtiene un nivel de inactivación similar (1-2 log ufc/cm2, en función de sus características topográficas) con una fluencia notablemente inferior. 9 III. Conclusión: La combinación de los pulsos eléctricos de alto voltaje con otras estrategias de conservación (calentamiento moderado, adición de antimicrobianos, enfriamiento posterior al tratamiento) podrían proporcionar en un futuro a medio plazo, productos de muy alta calidad organoléptica, elevado valor nutritivo y siempre seguros desde el punto de vista de la salud. IV. Bibliografía. SINHA, R.P., HÄDER, D.P. (2002): «UV-induced DNA damage and repair: a review». Photochemical and Photobiolical Science 1, 225-236. DUNN, J.E., CLARK, R.W., ASMUS, J.F., PEARLMAN, J.S., BOYER, K., PAINCHAUD, F., HOFMANN, G.A. (1989): «Methods for preservation of foodstuffs». US Patent 4871559 A. FDA (1996): «Code of Federal Regulations 21CFR179.41. Title 21, Volume 3. Revised as of April 1, 2003». GÓMEZ-LÓPEZ, V.M., RAGAERT, P., DEBEVERE, J., DEVLIEGHERE, F. (2007): «Pulsed light for food decontamination: a review». Trends in Food Science and Technology 18, 464–473. KOUTCHMA, T.N., FORNEY, L.J., MORARU. C.I. (2009): «Principles of validation of UV-light pasteurization. En: Ultraviolet light in food technology». CRC Press, Boca Raton, pp. 215–234.
