Bioq. MSc Luciana Costabel
INTA EEA Rafaela
Altas presiones hidrostáticas: características
generales de la tecnología y aplicaciones en lácteos
INTA EEA Rafaela
Dr. Sergio R. Vaudagna
Instituto Tecnología de Alimentos,
CNIA, INTA Castelar
Jornadas de Innovación y Actualización
Tecnológica- JIAT
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
D E S A R R O L L O D E T E C N O L O G IA D E S A R R O L L O D E T E C N O L O G IA
EMERGENTES
EMERGENTES
MADURAS
MADURAS
(EMERGED)
(EMERGED)
CLASIFICACION DE TECNOLOGÍAS SEGÚN SU DESARROLLO
CLASIFICACION 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
D E S A R R O L L O D E T E C N O L O G IA D E S A R R O L L O D E T E C N O L O G IA
EN DESARROLLO
EN DESARROLLO
NUEVAS TECNOLOGIAS
NUEVAS TECNOLOGIAS
(NOVEL TECHNOLOGIES)
(NOVEL TECHNOLOGIES)
MADURAS
MADURAS EMERGENTESEMERGENTES DESARROLLODESARROLLOEN EN
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)
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
•
•
•
• Principio Isostático
Aplicación de la presión es instantánea y uniforme a través de la muestra
•
•
•
• Principio de Le Chatelier
La 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 forma de incrementar la productividad.
Annual Global Beverage Innovation Awards.
Drinktec, Munich, 2009 Sistema de envasado Skin (Tapas, Espuña) Jugos de frutas en pouches
Etapas del tratamiento con APH (sistemas batch)
a) Carga del producto
2. Aplicación del ciclo de operación (compresión indirecta)
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
PARAMETRO
AMBITO
INVESTIGACION COMERCIAL/
INDUSTRIAL
Presión máxima 1300 MPa 600 MPa
Parámetros Operativos
Tiempo de
mantenimiento variable < 10 min
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)
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 Intrínsecos
Tipo 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
• 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
Aplicaciones de APH por grupos de alimentos
Otros 17% Mariscos y Pescados 15% Productos Jugos y bebidas 14% Productos vegetales 28% Productos cárnicos 26%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 Fressure
TM(EEUU)
Productos Frutihorticolas
Jugos y licuados de frutas y hortalizas (énfasis en orgánicos)
Productos Frutihorticolas
Purés y salsas (sin aditivos)
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)
Mariscos y Pescados de mar
Aseguramiento inocuidad y extensión vida útil
colas de langostas cake de cangrejo
salmón, atún y merluza RTE ostras
Hiperbaric (Burgos, España)
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
Principales aplicaciones de la tecnología APH
en 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 de
nuevos productos
40 60 80 100 S o b re vi ve n ci a ( % )
Inactivación de microorganismos en leche de vaca presurizada a diferentes niveles de presión durante 15 min o pasteurizada térmicamente (72ºC-15 s)
Pasteurización fría
Leche de diferentes especies
Efecto sobre microflora contaminante
0 20 40 0 200 400 600 800 72ºC-15s S o b re vi ve n ci a ( % ) Presión (MPa)
Aerobios mesof ilos totales Lactobacilos Levaduras y hongos Bacterias Psicrotrof as
Fuente: Kolakowski et al., Process Optimisation and Minimal Processing of Foods, Proceeding of third meeting, Volume 4: High Pressure, Leuven, Belgium, 1997
Pasteurización fría
Leche 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 en forma similar al tratamiento de pasteurización térmica (tratamiento HTST, 72 ºC – 15 s). Reducción de aproximadamente 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 la disrupción de las micelas de caseína. Este efecto se da a presiones superiores a 200 MPa y resulta en la formación de micelas de menor tamaño. También se produce un aumento progresivo de caseína soluble en el suero
Efecto de las altas presiones sobre otros componentes de
la 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 forma desnaturalización. A parir de los 300 MPa se incrementa en forma importante 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 de
la leche
tratamiento con altas presiones: a temperatura ambiente y moderadas incrementa 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 vez consecuencia sobre las propiedades fisicoquímica de la leche.
•La luminosidad (L*) y la turbidez disminuyen y la transmitancia aumenta con el incremento de la presión, particularmente entre 200 y 400 MPa. A presiones superiores a 400 MPa, no se observan modificaciones adicionales de estos parámetros.
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 la presión: 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 (análisis sensorial) 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.
Microorganismo
Presión
Reducciones
decimales
Pseudomonas fluorescens entre 200 y 300 MPa 2 a 6
7 para 50ºC E. Coli y Listeria innocua 300 MPa 2 a 3 > 6 para 50ºC 400MPa 4 a 6 400 MPa 1 a 2 Lactobacillus helveticus Staphylococcus aureus 400 MPa 1 a 2 500 MPa 3 > 6 para 50ºC
Para obtener reducciones considerables (3 o superior) fue necesario aplicar presiones de 300 MPa para Pseudomonas fluorescens, 400 MPa para E. Coli y Listeria innocua y 500 MPa Lactobacillus helveticus y Staphylococcus aureus
Efecto sobre microorganismos indicadores inoculados
Estudio del efecto de la presión, tiempo y temperatura sobre la inactivación de microorganismos de interés sanitario y tecnológico inoculados (Gervilla et al. J Food Prot. 1997, 60(1), 33-37)
Pseudomonas fluorescens (indicador de Pseudomonas spp., genero
principal de la microflora alteradora desarrollada durante la
principal de la microflora alteradora desarrollada durante la
refrigeración)
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 microorganismos inoculados en leche de oveja.
