Bioq. MSc Luciana CostabelINTA EEA Rafaela
Altas presiones hidrostáticas: características generales de la tecnología y aplicaciones en lácteos
INTA EEA RafaelaDr. Sergio R. Vaudagna
Instituto Tecnología de Alimentos, CNIA, INTA Castelar
Jornadas de Innovación y Actualización Tecnológica- JIAT 2014-
Rafaela, 5 y 6 junio 2014
Nuevas Tecnologías Nuevas Tecnologías “Tecnologías de naturaleza térmica o no térmica que permiten asegurar inocuidad y extender vida útil de los alimentos, minimizando el efecto del proceso sobre la calidad nutricional y sensorial”
•Generación interna de energía•Minimización de efectos térmicos•Reducción de tiempos de proceso•Reducción de tiempos de proceso
• Aplicaciones en desarrollo de productos y optimización de procesos
9- Lista para comercialización a gran escala
8-Factibilidad económica y marco
regulatorio establecido
7-Factibilidad económica o marco
regulatorio establecido (no ambos)
6- Sistema disponible a nivel comercial
DE
SA
RR
OL
LO
DE
TE
CN
OL
OG
IAD
ES
AR
RO
LL
O D
E T
EC
NO
LO
GIA
EMERGENTESEMERGENTES
MADURAS MADURAS (EMERGED)(EMERGED)
CLASIFICACION DE TECNOLOGÍAS SEGÚN SU DESARROLLOCLASIFICACION DE TECNOLOGÍAS SEGÚN SU DESARROLLO
6- Sistema disponible a nivel comercial
5- Prototipo disponible a nivel piloto
3 y 4- Validación experimental y analítica
2-Concepto de la tecnología y/o
aplicación formulado
1-Principios básicos observados
DE
SA
RR
OL
LO
DE
TE
CN
OL
OG
IAD
ES
AR
RO
LL
O D
E T
EC
NO
LO
GIAEN DESARROLLOEN DESARROLLO
NUEVAS TECNOLOGIASNUEVAS TECNOLOGIAS
(NOVEL TECHNOLOGIES)(NOVEL TECHNOLOGIES)
MADURASMADURAS EMERGENTESEMERGENTESEN EN
DESARROLLODESARROLLO
IRRADIACION (9)
ALTAS PRESIONES
HIDROSTATICAS (8-9)
TEC. MEMBRANAS (9)
OZONO (8-9)
CAMPOS ELECTRICOS
PULSADOS (6-7)
UV (6)
LUZ PULSADA
CALENTAMIENTO
ELECTROMAGNETICO (6-7)
CALENTAMIENTO OHMICO (7)
PLASMA FRIO (3-4)
SONICACION (5)
OTRAS
1890 -Primeros estudios
1980 - Investigación
1990 – Primeros productos (Meidi-ya Co.,
Japón: mermeladas de frutilla, kiwi y
manzana)
2013 - Más de 150 productos en el mercado
Es un proceso que consiste en someter a los alimentos envasados en
envases flexibles y herméticos, a un alto nivel de presión hidrostática
(entre 3000 y 9000 bares) durante un tiempo corto (minutos).
¿Qué es el procesamiento por altas presiones hidrostáticas?
1000 bars = 987 atm = 100 MPa
> 5X
•••• Principio IsostáticoAplicación de la presión es instantánea y uniforme a través de la muestra
•••• Principio de Le ChatelierLa reacciones que resultan en un cambio de volumen son
afectadas por la aplicación de la APH
Principios del procesamiento por APH
afectadas por la aplicación de la APH
Volumen son aceleradas
Volumen son suprimidas
Debido a que los alimentos son sistemas complejos resulta difícil predecir el
efecto de la APH sobre su calidad higiénico-sanitaria, sensorial y nutricional.
Principales Ventajas
• Reduce drásticamente la flora microbiana contaminante (3-5 Log)
• Inactivación de mo. patógenos:
•Salmonella
• Listeria monocytogenes: FSIS-USDA (2006) estableció el requerimiento de aplicar en productos
listos para consumir, luego del fetedo/porcionado/pelado y envasado, un proceso bactericida
(APH, pasteurización con vapor o agua caliente) y un agente antimicrobiano
Extiende la vida útil de los productos (duplica o triplica)
• La alta presión no afecta los enlaces covalentes: los compuestos de bajo peso
molecular (vitaminas, componentes del aroma y sabor) no se alteran hasta 1000 MPa a
temperatura ambiente.
• Extiende la vida útil de los productos (duplica o triplica)
• La presión se transmite en forma uniforme e instantánea en todo el alimento
• El tiempo de proceso es independiente del tamaño de la muestra
Otras ventajas de las APH
•Menor consumo de energía que las tecnologías térmicas
•No produce residuos: utiliza agua corriente
•Seguro para los trabajadores
•Aceptado por consumidores•Aceptado por consumidores
Elementos de un sistema de alta presión (industrial)
•Cilindro de alta presión
•Cierres del cilindro
•Sistema de generación de la
presión
•Sistema para la carga de•Sistema para la carga de
producto
•Dispositivos para control
automático y medición de
temperatura y presión
Elementos de un sistema de alta presión (piloto)
•Cilindro de
alta presión
•Cierres del
cilindro
•Sistema para
la carga de
producto
•Sistema de
generación de
la presión
•Dispositivos para control
automático y medición
de temperatura y presión
Etapas del tratamiento con APH (sistemas batch)
1. Envasado del alimento
Envase flexible (co-polimero etilen-vinil alcohol –EVOH- y polivinil alcohol-PVOH-,plásticos multilaminados).
La forma del envase debe ser seleccionada considerando el tamaño del cilindro, de formade incrementar la productividad.
Annual Global Beverage
Innovation Awards.
Drinktec, Munich, 2009Sistema de envasado Skin
(Tapas, Espuña)
Jugos de frutas en pouches
(Presh-a-Fruit)
Etapas del tratamiento con APH (sistemas batch)
a) Carga del producto
2. Aplicación del ciclo de operación (compresión indirecta)
b) Cierre del sistema
c) Compresión hasta la presión de trabajo
d) Tiempo de mantenimiento a la presión de trabajo (holding time)
e) Descompresión (en dos o más etapas para evitar ruptura del producto)
f) Apertura del cilindro
g) Descarga del producto
Tipos de aplicaciones de las APH en función de la presión y la temperatura
Adaptado de Hiperbaric
PARAMETRO
AMBITO
INVESTIGACIONCOMERCIAL/
INDUSTRIAL
Presión máxima 1300 MPa 600 MPa
Parámetros Operativos
Tiempo de mantenimiento
variable < 10 min
Temperatura -40°C a 120°C 5°C a 40°C
Calentamiento por compresión adiabática
Depende de:
•temperatura inicial
•compresibilidad
•nivel de presión
•capacidad calorífica (Cp)
•Mayor calentamiento por•Mayor calentamiento por
compresión en grasas y
aceites (6 a 9 ºC cada 100
MPa)
•Menor calentamiento en
agua y alimentos de alta
humedad (3 ºC cada 100 MPa
a temp. ambiente)
Fuente: Barbosa-Canovas and Rodriguez., chapter 9 Novel Food Processing Technologies, 2005. CRC Press
Efecto del tratamiento con APH sobre la inactivación de
microorganismos
•Células vegetativas: en general son inactivadas entre 400 y 600 MPa
•Esporos bacterianos: mayor resistencia que las células vegetativas (en
algunas especies resisten hasta 1000 MPa a 25ºC)
Fuente: Palou et al., Handbook
of Food Preservation, chapter
34, Second Edition, 2007
Factores que influyen sobre la efectividad del tratamiento con
APH sobre la inactivación de células vegetativas
Factores IntrínsecosTipo de microorganismos
Actividad de agua, composición y pH
Factores Extrínsecos
Nivel de presión
Tiempo de mantenimiento de la presión
Nivel de Temperatura
Velocidad de compresión y
descompresión
Alimentos que pueden ser tratados con APH
• Alimentos sólidos envasados al vacío
- Productos cárnicos curados (cocidos o crudos) y carnes listas para
consumir (RTE)
- Pescados y mariscos
- Mermeladas y jaleas
- Purés y salsas- Purés y salsas
- Frutas en trozos
• Alimentos líquidos, envasados en envases flexibles
- Jugos de fruta
- Productos lácteos
• Alimentos sólidos con aire incluido
- Pan
- Espumas (mousse)
• Alimentos envasados en envases completamente rígidos
Alimentos que no pueden ser tratados con APH
- Latas
- Envases de vidrio
• Alimentos con actividad de agua muy baja
- Especias
- Frutas secas
Aplicaciones de APH por grupos de alimentos
Otros
17%
Mariscos y
Pescados
15%
Productos
Jugos y bebidas
14%
Productos
vegetales
28%
Productos
cárnicos
26%
Comercialización mundial de productos tratados por APH en 2013: 400.000 Tn
Productos cárnicos curados/salados secos
Jamón curado en fetas y entero, prosciutto
Productos carnicos cocidos
Jamón cocido fileteado (cerdo, pavo, etc), salchichas, medallones o centros de carne de ave, pollo cocido.
Productos ready-to-eat
Pinchos –salchichas y chorizos bombón-, pechuga cocida en rodajas, carne trozada para fajitas.
Hamburguesas de carne vacuna FressureTM (EEUU)
Vida útil 21 días tratadas con APH vs 10 días no tratadas
Productos Frutihorticolas
Jugos y licuados de frutas y hortalizas (énfasis en orgánicos)
Preshafruit
Productos Frutihorticolas
Purés y salsas (sin aditivos)
Fresherized Foods
Rellenos para sandwichs en base a queso crema (España)
Bebida a base de calostro
Productos Lácteos
Licuados con yogurt (España)Bebida a base de calostro
(Nueva Zelanda)
Productos Lácteos
Yogurt bebible (I’m Real, Corea)
Snack, Deli 24 (UK)
Mariscos y Pescados de mar
Aseguramiento inocuidad y extensión vida útil
colas de langostas cake de cangrejo
salmón, atún y merluza RTEostras
Hiperbaric (Burgos, España)
Equipamiento APH Industrial
Avure Technologies Inc. (Ohio, USA)
Equipamiento APH Industrial
215 L -600 MPa
350 L -600 MPa
35 L -600 MPa
Equipamiento APH Laboratorio
Stansted Fluid Power Ltd
2 L
900 MPa - 20 ºC a 120 ºC
Principales aplicaciones de la tecnología APHen el procesamiento de productos lácteos
•Pasteurización fría: asegurar inocuidad y extender vida útil•Pasteurización fría: asegurar inocuidad y extender vida útil(inactivación de microorganismos patógenos y alteradores)
•Optimización de procesos convencionales y desarrollo denuevos productos
40
60
80
100
So
bre
vive
nci
a (
%)
Inactivación de microorganismos en leche de vaca presurizada a diferentes nivelesde presión durante 15 min o pasteurizada térmicamente (72ºC-15 s)
Pasteurización fríaLeche de diferentes especies
Efecto sobre microflora contaminante
0
20
40
0 200 400 600 800 72ºC-15s
So
bre
vive
nci
a (
%)
Presión (MPa)
Aerobios mesof ilos totales Lactobacilos Levaduras y hongos Bacterias Psicrotrofas
Fuente: Kolakowski et al., Process Optimisation and Minimal Processing of Foods, Proceeding of thirdmeeting, Volume 4: High Pressure, Leuven, Belgium, 1997
Pasteurización fríaLeche de diferentes especies
Tabla 1: Recuentos de microorganismos (ufc ml-1) en leche de cabra cruda,
pasteurizada térmicamente y tratada con APH
Microorganismo
Tratamiento
Control
(leche cruda)
Pasteurización Térmica
(72ºC-15 s)
Tratamiento APH
(500 MPa, 15 min, 20ºC)
Aerobios mesófilos totales 8,2 x 105 4,6 x 103 4,9 x 103
Efecto sobre microflora contaminante
Bacterias psicrotrofas 7 x 105 < 10 < 10
Enterobacteriaceae 6,9 x 104 ND ND
Lactobacilos 2,3 x 103 ND ND
Micrococcaceae 2,1 x 103 310 32
Enterococos 6 x 103 14 < 10
Fuente: Buffa M. et al., Food Microbiology 2001, 18, 45-51
El tratamiento APH aplicado a leche de cabra fue capaz de reducir los recuentos de microorganismos enforma similar al tratamiento de pasteurización térmica (tratamiento HTST, 72 ºC – 15 s). Reducción deaproximadamente 2 ciclos log de microorganismos aerobios mesofilos totales y > 3 en otros recuentos
Efecto de las altas presiones sobre la caseína
El efecto más importante de la alta presión sobre las proteínas lácteas es ladisrupción de las micelas de caseína. Este efecto se da a presiones superioresa 200 MPa y resulta en la formación de micelas de menor tamaño. También seproduce un aumento progresivo de caseína soluble en el suero
Fuente: Needs E., Ultra high pressure treatment of food, 2001. Kluwer Academic/Plenum Publishers
Efecto de las altas presiones sobre otros componentes dela leche
Proteínas séricas:
•Beta-LG es la mas afectada: a partir de los 200 MPa comienza la
desnaturalización. A parir de los 300 MPa se incrementa en formadesnaturalización. A parir de los 300 MPa se incrementa en formaimportante y a 500 MPa se desnaturalizo el 80% de la Beta-LG
•Alfa-LA presenta mayor estabilidad que Beta-LG. La
desnaturalización comienza a 400 MPa.
•Immunoglobulinas presentan también alta estabilidad, a diferencia de
los tratamientos térmicos (alternativa para la preservación de calostro)
Lactosa: el tratamiento con APH no la afecta (no se produce isomerización
ni reacción de Maillard)
Lípidos: el tamaño y la cantidad de los glóbulos grasos se modifica por el
tratamiento con altas presiones: a temperatura ambiente y moderadas
Efecto de las altas presiones sobre otros componentes dela leche
tratamiento con altas presiones: a temperatura ambiente y moderadasincrementa a la cantidad de glóbulos de menor tamaño y a temperatura de
refrigeración el efecto es opuesto.
Efecto de las altas presiones sobre las propiedades
fisicoquímicas
El efecto de la alta presión sobre las micelas de caseína tiene a su vezconsecuencia sobre las propiedades fisicoquímica de la leche.
•La luminosidad (L*) y la turbidez disminuyen y la transmitancia aumenta conel incremento de la presión, particularmente entre 200 y 400 MPa. A presionessuperiores a 400 MPa, no se observan modificaciones adicionales de estosparámetros.
Efecto de la alta presión sobre luminosidad, turbidez, transmitancia y tamaño de micela de
leche descremada
Presión Luminosidad (L*) Turbidez Transmitancia Tamaño de micela (nm) Presión
(MPa)
Luminosidad (L*) Turbidez Transmitancia
(%)
e
Tamaño de micela (nm)
a b c a d a b c
Control 85 86 71 9 0.70 2 200 190 180
100 ---- ---- ---- ---- 0.60 2 ---- ---- ----
200 83 80 63 8 0.36 2 180 190 196
300 ---- 67 ---- ---- 0.20 29 ---- ---- ----
400 73 67 55 4 0.19 38 130 120 110
500 ---- 65 ---- ---- 0.19 35 ---- ---- ----
600 71 66 52 3 0.19 37 120 100 106
a) Datos tomados de Desobry-Bannon et al. (1994); Turbidez (104 Unidad de Turbidez Nefelométrica) b) Datos
publicados por Johnston et al. (1992) c) Datos tomados de Gaucheron et al. (1997) Datos publicados por Needs et al. (2000); Turbidez, A320nm d) Datos tomados por Shibauchi et al. (1992); Transmitancia, T570nm
•Los otros parámetros cromáticos también son afectados por el aumento de lapresión: a* disminuye y b* aumenta. Es decir que las muestras se tornarían mas
amarillo-verdosas.
•En general el efecto de las altas presiones sobre el la apreciación visual (análisissensorial) no es importante, excepto a las presiones más elevadas (500 – 600
MPa) y tiempos de tratamiento largos (> 10 min).
Efecto de las altas presiones sobre las propiedades fisicoquímicas
y sensoriales de leche
Conclusiones pasteurización fría de leches
Permite alcanzar reducciones de recuentos microorganismos contaminantes y
patógenos similares a la pasteurización térmica.
Produce modificaciones en algunos componentes de la leche y en consecuencia,
cambios en las propiedades fisicoquímicas.
No existen aplicaciones comerciales correspondiente a la pasteurización fría de
leche.
Muchas gracias por su atención
[email protected]@inta.gob.ar
Microorganismo PresiónReducciones
decimales
Pseudomonas fluorescens entre 200 y 300 MPa2 a 6
7 para 50ºC
E. Coli y
Listeria innocua
300 MPa2 a 3
> 6 para 50ºC
400MPa 4 a 6
400 MPa 1 a 2Lactobacillus helveticus
Staphylococcus aureus
400 MPa 1 a 2
500 MPa3
> 6 para 50ºC
Para obtener reducciones considerables (3 o superior) fue necesarioaplicar presiones de 300 MPa para Pseudomonas fluorescens, 400 MPapara E. Coli y Listeria innocua y 500 MPa Lactobacillus helveticus yStaphylococcus aureus
Fuente: R. Gervilla Fernandez, Tesis Doctoral, Universidad Autónoma de Barcelona, 2001
Efecto sobre microorganismos indicadores inoculados
Estudio del efecto de la presión, tiempo y temperatura sobre lainactivación de microorganismos de interés sanitario y tecnológicoinoculados (Gervilla et al. J Food Prot. 1997, 60(1), 33-37)
Pseudomonas fluorescens (indicador de Pseudomonas spp., generoprincipal de la microflora alteradora desarrollada durante laprincipal de la microflora alteradora desarrollada durante larefrigeración)
E. Coli (indicador de contaminación fecal)
Listeria innocua (indicador de L. monocytogenes)
Lactobacillus helveticus (indicador de microflora láctica)
Staphylococcus aureus
Efecto de la presión y la temperatura sobre la letalidad de los microorganismosinoculados en leche de oveja.
Fuente: R. Gervilla Fernandez, Tesis Doctoral, Universidad Autónoma de Barcelona, 2001