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Proyecto Europeo GreenFooDec
Oportunidades tecnológicas para la conservación de especias
Mariana Valverdeainia Centro Tecnológico
Alicante, 26 de Septiembre de 2013
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Origen del proyecto 03
Proyecto/Consorcio 04
Puntos clave de la investigación 05
Tecnologías aplicadas en el proyecto 06
Conclusiones-Reflexiones 36
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> ORIGEN DEL PROYECTO
Identificamos una necesidad en España
El
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te.
Seguridad de las hierbas y especias
Seguridad de alimentos queincorporen hierbas y especias.
Salmonella spp,Aflatoxinas, ocratoxina A, etc
No bien percibido por el consumidor. Pequeñas modificaciones en las propiedades sensoriales y antioxidantes.
Irradiación
Propiedades carcinógenas y mutagénicas. Prohibido en la UE.
Óxido de etileno
Pérdida de componentes aromáticos, cambios de color, contenidos en agua incrementados.
Vapor
Objetivo GREENFOODEC encontrar alternativas tecnológicas que permitan vencer las limitaciones de las actuales, solventando la necesidad de mantenimiento de las propiedades organolépticas inherentes del producto.
Limitaciones de las actuales técnicas
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> PROYECTO/CONSORCIO
Proyecto financiado por la Unión Europea bajo el VII Programa Marco.
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> PUNTOS CLAVE DE LA INVESTIGACIÓN
Selección de producto:
- Polvo- Semilla- Hierba
Tecnologías de estudio:
- CO2 a alta presión con ultrasonidos- Plasma frío- Microondas e infrarrojos
Bases de la investigación:
• Caracterización de la materia prima• Pretratamiento/acondicionamiento• Aplicación de las tecnologías de procesado y adaptación de equipos.• Caracterización de los productos.• Validación en productos finales• Viabilidad técnico-económica
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> TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO
1. CO2 a alta presión con ultrasonidos (ainia)
2. Microondas (SIK)
3. Infrarrojos (SIK)
4. Plasma frío (ATB)
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CO2 a presión y ultrasonidos
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• El CO2 es empleado en condiciones supercríticas, es decir en condiciones por encima de su punto crítico.
• Bajo condiciones supercríticas el CO2 adquiere la capacidad disolvente de los líquidos y la movilidad de los gases por lo tanto buenas propiedades de transferencia de masa por su alta difusividad y baja viscosidad.
CO2 a alta presión
Fundamentos de la tecnología
CO2: Tc y Pc bajas.
37422.1H2O
31.17.3CO2
T (ºC)P (MPa)Punto crítico
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• Equipo para descontaminación con CO2-SC de alimentos sólidos.
• Mecanismo de acción: El CO2-SC penetra en la membrana de la célula causandouna reducción del pH citoplasmático, la modificación de la membrana de la célula y la extracción de componentes vitales el sistema biológico se altera inactivaciónmicriobiana.
Fundamentos de la tecnología
Variables que influyen en la eficacia:
- especie de microorganismo tratada.- presión.- temperatura.- tiempo de tratamiento.- presencia de agua.- aplicación de ciclos.
CO2 a alta presión
2 3
4
1
2
3
4
Subenfriador
Bomba de alta presión
Calentador
Cámara de tratamientoencamisada
CO2
1
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Fundamentos de la tecnología
• Ultrasonido de potencia (alta intensidad) 18-100 kHz > 5 W/cm2
Actividad antimicrobiana
• Se requiere de un generador de energía y un transductor que convierte la energía eléctrica, magnética o cinética en energía acústica.
• Tiene influencia en la velocidad de los procesos productivos alimentarios en los que interviene la transferencia de materia y de masa.
Ultrasonidos
• Son ondas sonoras con una frecuencia superior a la perceptible por el oído humano (> 16kHz).
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Ventajas
Inconvenientes
CO2 a presión + ultrasonidos
• Inactivación microbiana y enzimática.• La combinación con calor (termosonicación), presión (manosonicación) o ambos (manotermosonificación) provoca un efecto sinérgico con potencial uso para conservación de alimentos.
• Buena penetración en matrices sólidas.• Bajas temperaturas.• No deja residuo y es un gas inerte.• Eficacia sobre diversos microoganismosoperando por cargas. • Presiones menores a las empleadas en métodos de altas presiones.
ultrasonidosCO2 a presión
ultrasonidosCO2 a presión
Es preferible incorporar agua a la matriz.Formas esporuladas muy resistentes.
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Aplicaciones
• Extractivas, sector agroalimentario, farmacéutico y cosmético.
• Aplicaciones no extractivas de interés industrial: conservación (inactivaciónenzimática, desinfección); diseño de partículas (encapsulación); tratamiento y limpieza de materiales (eliminación de aceites minerales de piezas y circuitos, etc).
Ultrasonidos
• Conservación: inactivación microbiana y enzimática en zumos; leche; cerveza; huevo (desactivación total de Staphylococus aureus), etc.
• Potenciación de procesos extractivos, mezclado, emulsificación, impregnación, filtración, cristalización, precipitación, congelación, limpieza y desinfección de materiales.
CO2 a presión
CO2 a presión + ultrasonidos
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Solubilización CO2 y transferencia de masa en medio celular.
pH intracelular.Modificación membrana celular.
Tiempo de tratamiento.Temperatura y presión de trabajo.Consumo energético.Calidad organoléptica.
Oportunidades del efecto combinado
CO2 a presión + ultrasonidos
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PFS20 Esquema del sistema de ultrasonidos
Transductor de ultrasonidos
Generador de energía
Cámara de tratamiento
OrdenadorAdaptador de impedancia
4 extractores de 5LP hasta 350 barT hasta 80ºcFlujo de CO2 hasta 40 kg/h
Potencia: 75 VFrecuencia: 19.000Hz
Dispositivos empleados en el proyecto
CO2 a presión + ultrasonidos
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Eliminación de pesticidas del arroz
Planta de tratamiento SC ubicada en Taiwan.
Obtención de extractos aromáticos
Planta de extracción multiproducto situada en la República Checa.
CO2 a presión
Ejemplos de plantas industriales
Altex, planta industrial para servicios de extracción supercrítica
Planta de multiproducto situada en Paterna, Valencia
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Microondas
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Microondas
Fundamentos
• El calentamiento es una consecuencia de la interacción entre la energía de microondas y el material alimentario (propiedades dieléctrica).
1. Magnetrón (generando las microondas)2. Waveguide (guía de las ondas)3. Aplicador (dirige el campo)4. Strips (guía de las Reflexiones del fondo)
• El mecanismo de calentamiento está basado en una rotación de los dipolos importancia de las moléculas de agua.
Zona del espectro con λentre 1 m y 1 mm.
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• Permite el tratamiento del producto envasado o sin envasar.
• Máxima rapidez de transferencia de calor.
• Consumo energético bajo.
• Posibilidad de procesado de alimentos en continuo.
• Uniformidad del calentamiento (bordes y esquinas).• Capacidad de penetración en los alimentos limitada para alimentos deshidratados.
Microondas
Ventajas
Inconvenientes
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Microondas
Aplicaciones
• Pasteurización y cocción de alimentos tales como: platos
preparados, quesos, leche, zumos de frutas.
• Inactivación enzimática.
• Deshidratación de productos vegetales.
• Atemperado y descongelación.
• Desinsectación.
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Microondas
Dispositivos empleados en el proyecto
MuestraOrdenador
Fibra óptica para medir la temperatura
Magnetrón
Potencia ajustada paramantener unatemperatura determinada
señalConexión de la cavidad de la muestra a un generador de airehúmedo para el ajuste de la actividad de agua de la muestraen conexión directa al equipo de microondas.
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Microondas
Ejemplos de proveedores industriales
Sairem Ibérica S.L. (España)
Advanced Microwave Technologies (AMT) (Reino Unido)
Industrial Microwave Systems (IMS) (EEUU)
Binar Elektronik AB (Suecia)
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Infrarrojos
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Infrarrojos
Fundamentos de la tecnología
• Radiación infrarroja espectro electromagnético con longitudes de onda entre las UV y las de microondas (λ= 0.76 µm -1 mm).
• La radiación infrarroja es absorbida por el alimento que convierte la energía en calor mediante la interacción con las moléculas presentes en él (agua).
• El mecanismo de calentamiento está basado en cambios vibracionalesen las móleculas importancia de las moléculas de agua.
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Infrarrojos
Aplicaciones
• Pasteurización de la superficie de productos de panadería y bollería.• Horneado en productos de panadería y bollería.• Deshidratación de productos vegetales.
Ventajas
• Permite el tratamiento del producto envasado o sin envasar.• Posibilidades de procesado de alimentos en continuo.
Inconvenientes
• Alteración de las propiedades organolépticas del producto.• La capacidad de penetración en los alimentos es limitada en alimentos deshidratados.
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Infrarrojos
Dispositivo empleado en el proyecto
Horno de infrarrojos compuesto por dos secciones queoperan de forma independiente (cada una de 70 cm x 70 cm x 50 cm), una opera en el infrarrojo cercano y la otra en el infrarojo de onda media.
Infrarojo cercano.
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Infrarrojos
Ejemplos de proveedores industriales
Ircon Drying Systems AB (Suecia)
NOXMAN (España)
Heraeus Noblelight (EEUU)
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Microondas + infrarrojos
Tiempo de tratamiento.Homogeneidad del tratamiento.
Efecto combinado:
Microondas + Infrarrojos
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Plasma frío
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Plasma Frío
Fundamentos de la tecnología
• Plasma: cuarto estado de agregación de la materia.
• Puede generarse bajo alta presión (plasma caliente) o a presión baja y atmosférica (plasma frío).
• Plasma frío (Ta de las especies pesadas (partículas neutras e iones) cercana a la temperatura ambiente) alternativa de inactivación microbiológica.
• Generación del plasma a Patm por tres vías: descarga de corona, descarga de barrera dieléctrica o chorro de plasma (Keener 2008).
• El plasma frío se genera por la aportación de energía mediante un campo eléctrico (sistemas de corriente continua, radiofrecuencia, microondas o descargas pulsadas) a un gas o mezcla de gases ionización del gas.
• El plasma generado está constituido por electrones libres, átomos y moléculas excitados, iones y radicales efecto antimicrobiano.
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Plasma Frío
Ventajas
Inconvenientes
• Tratamiento uniforme a baja temperatura.
• Alta difusividad en matrices complejas con bajos tiempos de proceso.
• Control de proceso es simple e inocuo.
• Tratamiento superficial.
• No existen equipos a nivel industrial para descontaminación.
Aplicaciones
• Descontaminación de alimentos (frutas y verduras frescas, frutos secos,
productos loncheados, etc.).
• Tratamiento de superficies y de aire.
• Tecnología microelectrónica, procesamiento de materiales, pantallas
planas, la mejora de las propiedades barrera en materiales de embalaje,
etc.
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Plasma Frío
Dispositivos empleados en el proyecto
• Tratamiento con plasma directo
• Chorro de plasma de argón generado por Radiofrecuencia. • Aplicación directa en la superficie de las hierbas/especias.
• Tratamiento con plasma indirecto
• Plasma en equilibrio térmico generado por microondas y aire como gas de alimentación.
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Una de las grandes dificultades a la hora de evaluar la eficacia de estas tecnologías es la variabilidad de respuesta de los microorganismos a los tratamientos.
La diversidad de mecanismos por los cuales los microorganismos se adaptan, adquieren resistencias o modifican sus patrones de virulencia, hace necesario evaluar de forma específica y controlada la eficacia de los sistemas para diferentes microorganismos.
Una vez evaluada la aptitud de una tecnología para un fin y producto dado, y estudiada la viabilidad técnico-económica es necesario estudiar la dimensión mínima de una instalación para que el coste de inversión sea razonable.
Es necesario evaluar de forma específica cada acción que modifique el proceso de producción antes de su implantación.
No hay que centrarse únicamente en obtener productos seguros sino que también hay que garantizar las propiedades organolépticas inherentes al producto dando así un valor añadido.
CONCLUSIONES-REFLEXIONES
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Muchas gracias por su atención
Mariana Valverde [email protected]
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