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Ingeniería de Alimentos
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Alta Presión Hidrostática en la Conservación de los Alimentos
José David Torres González
Métodos Físicos de Conservación
Maestría en Ciencias Agroalimentarias
Universidad de Córdoba
La APH provoca la inactivación y destrucción de las células microbianas sin alterar la calidad sensorial ni los
nutrientes de los alimentos.
Generalidades de las APH
La presurización consiste en aumentar la presión en ciertos lugares, haciéndola mayor que la presión atmosférica.
Altas Presiones Hidrostáticas: Someter al alimento a presiones ultraelevadas (entre 10 y 1000 MPa) durante periodos de tiempo determinados (generalmente entre 1 y 30 min) a
temperatura próxima a la ambiental
Altas Presiones y la industria militar
Perkins (1820) realizó los primeros estudios sobre la compresibilidad del agua
APH en Alimentos: fue investigada por Hite (1899) esterilizar leche. Fue primero y demostró la reducción de la población microbiana,
En 1990 - Japón es el país pionero en cuanto a la producción y comercialización de alimentos tratado por altas presiones (Zumos de frutas
y alimentos ácidos).
Hoy en día USA y en Europa, apuntan a la utilización de esta tecnología
Principios APH
Isostático, ó teorema de pascal
La presión ejercida sobre un líquido se
transmite instantáneamente y con la misma
intensidad en todas las direcciones y
sentidos.
La intensidad del tratamiento es
independiente del volumen o de la masa de
producto a procesar
La presión hidrostática es exactamente la
misma en todos los puntos del medio:
tratamiento homogéneo.
Principio de Le Chetalier
Un aumento de la presión: Favorece los
procesos asociados a una reducción del
volumen. Inhibe los procesos asociados a un
aumento de volumen
Demanda por parte del consumidor de alimentos mínimamente procesados:
• Libres de aditivos.
• Elevada calidad nutritiva y organoléptica
• Estudio de nuevos sistemas de inactivación microbiana.
• Alternativas a la conservación por calor.
Efectos de la alta
presión sobre el
agua
•Compresibilidad adiabática
A 22°C, el volumen se reduce un 4 % a 100 MPa y un 15 % a 600 Mpa
•Incremento de la temperatura
2 - 3°C por cada 100 MPa de aumento de presión
•Modificación de la tª de congelación
A 210 MPa el agua congela a -22°C
•Descenso del pH
0,73 unidades al presurizar a 100 MPa a 25°C
Esta disminución de volumen implica un aumento dela densidad y, como consecuencia, los coeficientes dedifusión de los solutos disminuyen.
El punto de fusión del agua disminuye con el incremento de la presión: es de −5 ºC a 70 MPa y −20 ºC a 200 MPa.
Que puede mantenerse en estado líquido a –22 ºC hasta una presión de 210 MPa
APPLICATION OF HIGH HYDROSTATIC
PRESSURE IN THE FOOD
PRESERVATION: REVIEW
Unidad Académica Multidisciplinaria Reynosa Aztlán , Universidad Autónoma de Tamaulipas , Apdo. Postal 1015, Reynosa, 88700, Tamaulipas, México. Área de Nutrición y Bromatología. Departamento de
Química Analítica y Alimentaria, Facultad de Ciencias de Ourense. Universidad de Vigo , 32004, Ourense, España. Área de Tecnología de Alimentos. Departamento de Química Analítica, Nutrición y
Bromatología , Universidad de Santiago de Compostela. Escuela Politécnica Superior de Lugo.
S. J. Téllez-Luis, J. A. Ramírez, C. Pérez-Lamela, M. Vázquez c & J. Simal-Gándara
Ciencia y Tecnología de Alimentos. Vol. 3, No. 2, pp. 66-80, 2001
ResumenSe han utilizado diferentes técnicas y métodos para la conservación de los alimentos.
A medida que avanzaba el conocimiento científico y tecnológico, se han descubierto y aplicado nuevas formas para conservar los alimentos. La presurización es una técnica muy reciente en el campo alimentario, empleado desde 1990.
En este trabajo, tras una breve descripción de la tecnología de la alta presión. Se discuten de forma exhaustiva aspectos acerca de los efectos letales y del grado de inactivación que provoca la presurización sobre los microorganismos.
Se revisan los factores físico-químicos más importantes (temperatura, pH, actividad del agua, concentración de solutos y composición del medio).
La presurización es una buena técnica de esterilización de alimentos y es ya una realidad comercial. En líneas generales, se puede afirmar que la alta presión favorece y mejora la calidad sensorial y la conservación de los alimentos.
Introducción
La alta presión hidrostática (APH), es una tecnología degran interés por su efectividad en la conservación,destacando sobre los procesos tradicionales, pues noutiliza calor (Knorr, 1993).
Entre los tratamientos alternativos es la más viable desdeel punto de vista comercial.
Meyer et al. (2000) han demostrado la efectividad de laAPH en la inactivación de esporas microbianas yenzimas, sin alterar la calidad sensorial ni los nutrientesde los alimentos.
Las APH ocasionan:
i) Cambios en la morfología de los microorganismos, los cuales sonreversibles a bajas presiones (<200 MPa) pero irreversibles a presiones altas(>300 MPa).
ii) Desnaturalización de proteínas debido al desdoblamiento de las cadenaspeptídicas (Estructura primaria y secundaria, permanecen estables)
iii) Modificaciones que afectan la permeabilidad de la membrana celular.
Introducción
Efecto alta presión sobre Componentes
Alimentos™ Almidón
más susceptible a las amilasas
conserva su estructura granular al gelatinizar
Rubens et al. (1997) observaron que los almidones se inflaban bajo presión pero su estructura no se veía modificada.
Los geles, Clara del Huevo, Complejo Acto-Miosina, y PPV como los derivados de la soya son de mejor calidad cuando se aplica APH,
Ácidos nucleicos
resistentes a las altas presiones (pero no su transcripción)
Lípidos
aumenta la temperatura de fusión 10°C cada 100 Mpa
Al aumentar la presión aumenta oxidación de Ac. grasos insaturados.
Factores APH en Proteínas:
pH y fuerza iónica del medio.Temperatura intra e inter
molecurar y Estructura proteico
En general más de 300 MPacausan desnaturalización
irreversible
La APH ventajas
El tratamiento evita la deformación de los alimentos, debido a que la presión setransmite uniforme e instantáneamente, es decir, no hay gradientes (reglaisostática).
A diferencia de lo que ocurre con los procesos térmicos, el tratamiento APH esindependiente del volumen y de la forma de la muestra, con lo que se reduce eltiempo requerido para procesar grandes cantidades de alimentos (Cheftel, 1995;Pothakamury et al. 1995).
La APH ventajasNo produce deterioro de nutrientes termolábiles, como vitaminas (Kimura et al.,1994).
No alteran los compuestos de bajo peso molecular, responsables del aroma ysabor, ya que no ataca los enlaces covalentes (Sangronis et al., 1997).
No afecta el color del alimento, pues no favorecen la reacción de Maillard o depardeamiento no enzimático (Tamaoka et al., 1991; Gross y Jaenické, 1994).
La APH ventajasNo produce residuos, se trata de unaenergía limpia, lo que iría en consonanciacon las políticas medioambientales de laactualidad.
No precisa de la incorporación deaditivos al alimento.
Tiene poco gasto energético: paracalentar 1 litro de agua a 30ºC senecesita la misma energía que parapresurizar a 400 MPa ese mismovolumen de agua.
La APH desventajas
El alto coste de los equipo.
No se ha podido diseñar procesos continuos, pues se requiere descargar el agua.
El mecanismo no se ha podido modelar, pues la reducción del número demicroorganismos, no es lineal en el tiempo, y cada uno presenta caracteres diferentes.
La desconfianza del consumidor a decidirse a comprar un producto “presurizado” por seralgo novedoso y desconocido.
A pesar de ello, en Japón, USA y algunos países europeos los productos presurizados seconsumen cada vez más.
APH sobre los Microorganismos
La inactivación de los microorganismospuede ser debida a:
A) Un incremento en la permeabilidad de lamembrana.
B) La inhibición de las reaccionesproductoras de energía .
C) La desnaturalización de las enzimasesenciales para el desarrollo y reproducciónde la célula.
Variables que condicionan el efecto APH
Presión; Tiempo; Temperatura Composición del alimento.
Tipo de microorganismos Gram (-) ó Gram (+).
APH produce Cambios morfológicos en M.O
Compresión del gas de las vacuolas.
Alargamiento de las células y formaciónde filamentos.
Descenso del pH citoplasmático.
Separación de la membrana celular.
Formación de poros.
Coagulación de la proteína citoplasmática
Liberación de constituyentes intracelulares fuera de la célula.
Provoca modificaciones bioquímicas ygenéticas al inactivar las enzimasinvolucradas en la replicación ytranscripción del ADN
Presión Micróorganismo
20 – 30 MPa M.O pueden crecer
30 – 40 Mpa Incapacer de Crecer Barófobos
40 – 50 MPa Barófilos
1 – 50 MPa Euribáricos
50 – 200 Mpa Barodúricos sobreviven pero no crecen
400 a 600 MPa Inactivar Esporas
1000 – 1500 MPa Ciertas esporas
El mayor grado de inactivación sobre losmicroorganismos se lleva a cabo en la etapalogarítmica de crecimiento.
Los microorganismos sensibles a las Altas Presiones.
Gram (-) < Levaduras y hongos< Gram (+) < Esporas
200 - 390 Mpa < 400 Mpa < 700 MPa < 1200 MPa a Tª amb.
Efecto de APH en microorganismos
* Si no se especifica, el tratamiento se realizó a temperatura ambiente (20ºC). RLPM= Reducción log de la población microbiana.
Sensibilida
d M.O
patógenos
APH
200 MPa, 10 min, destruyen triquina, anisakis, tenias o nemátodos (puede afectar a la textura del pescado).
Cl. Botulinum resiste 30 min, 75 ºC y 827 MPa
Aplicación de
las APH en
Industria
Alimentaria
Las APH ablandan la carne o filetede pescado. En la carne res seablandamiento e incrementa ladigestibilidad de sus proteínas.
Por otro lado, la estructura internadel tomate se endurece con lapresurización.
Características de los microorganismos.Fase de crecimiento (barosensibilidad máxima en fase exponencial).Tipo de microorganismo
(Hiperbaric, 2014)
Inactivación de enzimas por APH
(Tellez, 2001)
Resistencia muy variable
Características del medio
Intensidad del tratamiento
Tipo de enzima ATPasas y
Deshidrogenasas, sensibles.
Enzimas de origen vegetal, resistentes
En las eras, se produce un oscurecimiento rápido después del APH, debido a que los valores aplicados incrementan la actividad de la polifenoloxidasa.
Esto no ocurre en otras frutas como en la manzana, el plátano o tubérculos como la patata.
El aumento en la temperatura indujo una mayor inactivación de estas enzimas (Seyderhelm et al., 1996)
EQUIPOS
UTILIZADOS EN LA APLICACIÓN DE ALTAS PRESIONES
VIDEO, APH en Alimentos
Equipos de APH
Los equipos de APH están formados por unacámara de presurización (cilindro de acero deelevada resistencia), un generador de presión(bomba hidráulica y sistema multiplicador depresión) y un sistema de control detemperatura.
Sistemas de Presurización
Presión Isostática en Frio (PIF)
T < 20°C
5 a 20 min y 50 a 600 MPa
Agente Presurizante
Agua – Mezclada con un % Aceite actúa como
Anticorrosivo y lubricante
Molde elástico ajustado al material
Presión Isostática Templada (PIT)
T > 20°C
1 a 30 min y 100 a 900 Mpa
Agente Presurizante
Agua
Presión Isostática Caliente (PIC)
t < 10 min
T = 2000°C
50 < P < 1200 Mpa
Agente Presurizante
Por lo general es un Gas
Metales, cerámica, carbón-grafito, y plástico
Tres procesos básicamente:
1 Pascal N/m2
100Mpa = 1kbar = 10,2 kgf/mm2 = 987 atm = 14504 lbf/in2 (psi) = 6.475 tonf/in2
Métodos de Presurización
• Se emplea un pistón.
• La alta presión es generada
por la presurización del
medio a través del extremo
del pistón.
• Permite comprensiones muy
rápidas, pero con limitaciones
del sellado entre el pitón y la
superficie interna de la vasija
restringe su uso a
laboratorios pequeños o a
plantas pilotos.
Comprensión Directa
• En este se usa un
intensificador de alta presión
para bombear el medio desde
un depósito hacia la cámara
de presurización y así se
alcanza la presión deseada.
• Es el más empleado a escala
industrial.
Comprensión Indirecta
• Se basa en la propiedad de
expansión del medio
Presurizante cuando se le
aplica temperatura,
produciéndose una elevación
de la presión.
• El efecto se logra cuando se
combina alta presión con alta
temperatura.
• Requiere un control muy
preciso de la temperatura
dentro del volumen interno
total de la cámara de
presurización.
Calentamiento del
medio Presurizante
Descripción del Proceso Presurización
El alimento se coloca en un recipiente de plástico estéril, se sella y se introduce en la
cámara de presurización.
Se recomienda que el material plástico sea una película de alcohol de polivinilo (PVOH)
y películas poliméricas de alcohol de etileno y vinilo (EVOH).
No hay posibilidad de deformación del paquete porque la presión ejercida es uniforme
(no hay gradientes).
La cámara de presurización se cierra y se llena con el medio transmisor de la presión,
normalmente agua.
La presión aplicada comprime el medio transmisor alrededor del alimento provocando
una disminución del volumen que varía según la presión y la temperatura aplicadas.
El alimento es sometido a alta presión por un tiempo determinado, el cual depende del
tipo del alimento y de la temperatura del proceso.
Se descomprime y se coloca una nueva carga en la cámara de presurización y se inicia
otro ciclo.
Ventajas del proceso discontinuo
1) Reducción del riesgo decontaminación del alimento por loslubricantes de la máquina.
2) Mayor flexibilidad, porque permiteprocesar distintos tipos de alimentossin necesidad de limpiar la cámara trascada operación y sin peligro derecontaminación.
3) Simplicidad de fabricación ylimpieza.
La velocidad se puede aumentaroperando con sucesivas cámaras depresión sin tiempos de inducción en elprocesado, pues el sistema operasecuencialmente, convirtiendo elproceso en semi-continuo.
No se dispone de sistemas continuos.
• Figura. Sistema discontinuo para el tratamiento APH
• Figura. Sistema semicontinuo para productos líquidos a granel
Equipos de Laboratorio
Equipos de Laboratorio
Consideraciones finales Dentro de las tecnologías emergentes en la conservación de los alimentos, las altas
presiones hidrostáticas representan la principal alternativa, para sustituir a losmétodos de conservación tradicionales que emplean calor, ya que no altera lascaracterísticas organolépticas de los productos tratados.
Sin embargo la aplicación de APH se ha visto limitada, porque no se ha podidomodelar matemáticamente de una manera sencilla y práctica su mecanismo deacción, ya que este proceso no sigue una cinética de primer orden (como laEsterilización), es decir la reducción del número de microorganismos no es linealcon el tiempo o la presión de aplicación, si no que esta relacionada con el tipo demicroorganismo y de las condiciones del mismo.
Además se ha encontrado mucha variabilidad en la inactivación de los mismos eincluso entre cepas de la misma especie, tanto a altas como a bajas presiones.
No se ha podido establecer un sistema de aplicación de APH de manera continua.
Se requiere mas investigación.
