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I. Introduccin TECNOLOGIAS EMERGENTES PARA LA CONSERVACION Y
PRESERVACION DE ALIMENTOS POR METODOS NO-TERMICOS Gustavo V.
Barbosa-Cnovas Department of Biological Systems Engineering,
Washington State University, Pullman, WA. USA. 99164-6120 RESUMEN
Se han investigado los principios bsicos de tres tecnologas
emergentes para pasteurizar y /o esterilizar alimentos sin calor.
Nmerosos estudios han comprobado la efectividad de los campos
elctricos pulsantes de alta intensidad (CEPAI), los pulsos de luz
(PL) y los campos magnticos nts (CMO) en la destruccin de
oscilamicroorganismos y enzimas de sistemas de alimentos. En la
inactivacin microbiana por CEPAI el blanco principal es la membrana
celular que al someterla a campos elctricos de alta intensidad se
hace permeable formando huecos o poros cuyo tamao se incrementa a
medida que aumenta la intensidad del campo elctrico, el tiempo de
tratamiento o reduciendo la resistencia inica del medio de
pulsacin. Por otra parte, los PL inducen reacciones fotoqumicas y
fototermales en los alimentos causando la muerte de gran cantidad
de microrganismos especialmente en productos alimenticios
empacados. Los CMO producen inhibicin en el crecimiento y
reproduccin de los microorganismos, un simple pulso de intesidad de
5-10 tesla y frecuencias de 5-500 kHz es suficiente para reducir el
nmero de microorganismos a un mnimo de 2 ciclos logartmicos. Se ha
comprobado que estas tecnologas alargan la vida de anaquel de
diversos productos alimenticios y pueden ser consideradas como
sustitutos parciales de los procesos convencionales de
pasteurizacion y/o esterilizacion de alimentos. Palabras claves:
Tecnologias emergentes, pasteurizacin, inactivacin microbiana
INTRODUCCION La esterilizacin de alimentos sin calor por mtodos no
trmicos constituye una alternativa novedosa de preservacin y
conservacin de los alimentos. Tecnologas que aparecieron al
comienzo de este siglo como prometedoras en la pasteurizacin de
alimentos lquidos como la leche vie avanzada que ofrecen grandes
ventajas en el proceso de alimentos sin calor. Los mtodos elctricos
para pasteurizar y/o esterilizar alimentos estn recibiendo gran
atencin en los ltimos tiempos debido al inters de la industria
alimentaria en identificar mtodos rpidos y uniformes de
calentaniento o mtodos de procesamiento a bajas temperaturas.
Existen variedades de mtodos para procesar alimentos a bajas
temperaturas entre los que figuran los calentamientos hmicos y
microondas, campos elctricos de baja simulacin, campos magnticos
oscilantes, arcos de descarga elctrica, y campos elctricos
pulsantes de alta intensidad. La
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energa elctrica puede ser aplicada al alimento en forma continua
generando calor en viendo la inactivacin de los microorganismos
debido al efecto calrico. Por otra parte, si la energa es aplicada
en forma de pulsos elctricos cortos de alta intensidad muy poco
calor se generar en el alimento y la inactivacin microbiana se
logra con la destruccin de la membrana celular. 2 En este trabajo
se har una revisin de las nuevas alternativas tecnolgicas que
podran en un corto o mediano plazo reemplazar parcialmente los
tratamientos trmicos convencionales existentes utilizados
industrialmente para pasteurizar
ilizar los y/o esteralimentos. Entre las tecnologas a tratar se
estudiaran los campos elctricos pulsantes de alta intensidad
(CEPAI), los campos magnticos oscilantes (CMO) y pulsos de luz
(PL); sus mecanismos de inactivacin microbiana y la validez de
estos procesos. Campos Elctricos Pulsantes de Alta intensidad
(CEPAI) Los CEPAI es una de las tecnologas mas prometedoras para la
preservacin de los alimentos. La pasteurizacin con CEPAI involucra
la utilizacin de pulsos s de alto voltaje en el alimento colocado
entre dos electrodos. El tratamiento es conducido a temperatura
ambiente o por debajo de sta en milsimas de segundos y las prdidas
de energa por calor son minimizadas. Esta tecnologa es considerada
superior al tratamiento calrico convencional debido a que reduce
grandemente los cambios que ocurren en las propiedades sensoriales
(sabor, color), y fsicas (textura, viscosidad) de los alimentos
(Quass, 1997). Adems de conservar los atributos sensoriales de los
alimentos, los CEPAI no introducen cambios qumicos significativos
en los alimentos y puede que no sea considerada un aditivo
alimentario. Por el contrario, es una tecnologa efectiva, segura y
limpia.
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Los aspectos ms importantes de esta tecnologa son la generacin
de campos elctricos pulsantes de alta intensidad, el diseo de
cmaras para el tratamiento del alimento de tal manera que ste
reciba un tratamiento uniforme con un mnimo incremento de la
temperatura, y el buen diseo de electrodos para minimizar la
electrolisis. Un banco de capacitadores conteniendo mas de un
capacitador es utilizado para generar los campos elctricos de alta
intensidad, gran cantidad de esta energa es almacenada en los
capacitores mediante la carga de una fuente de poder de corriente
alterna, el voltaje es entonces suministrado en forma de pulsos en
la medida que el capacitador es descargado (Zhang y col., 1995). 3
La aplicacin de los CEPAI esta restringida a aquellos productos
alimenticios que puedan soportar campos elctricos de alta
intensidad. La constante dielctrica del alimento esta estrechamente
relacionada a su estructura fsica y composicin qumica. Los lquidos
homgeneos de baja conductividad elctrica proporcionan las
condiciones ideales para el tratamiento continuo con CEPAI.
Alimentos slidos tambin puden ser procesados con CEPAI en
operaciones por lotes siempre y cuando la ruptura dielctrica en el
alimento sea prevenida. Las burbujas de aire en el fluido
alimentario deben ser removidas cuando se usa este mtodo debido a
que ellas pueden soportar los campos elctricos de alta intensidad
causando arcos elctricos que pudieran causar daos a la cmara y a
los electrodos. En general, esta tecnologa no es recomendable para
el tratamiento de alimentos slidos que retengan burbujas de aire al
ser colocados en la cmara de tratamiento. Otra limitacin es el
tamao de partcula de los alimento lquidos. Para mantener una
operacin de proceso adecuada, el tamao mximo de partcula en el
fluido alimentario debe ser menor que la apertura de la regin de
tratamiento dentro de la cmara. Mecnismos de Inactivacin
Microbiolgica por medio de Campos Elctricos
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Pulsantes de Alta Intensidad. Varias teoras han sido propuestas
para estudiar la inactivacin de los microorganismos con CEPAI. Las
ms estudiadas son la ruptura dielctrica y la electroporacin o
desprendimiento de la membranas celulares (Zimermmann y Benz, 1980;
1986; Castro y col., 1993; Sale y Hamilton, 1967; Vega Mercado,
1996a, b). La aplicacin de campos elctricos a clulas biolgicas en
un medio (como el agua) causa la formacin de cargas elctricas en la
membrana celular (Schoenbach y col., 1997). La destruccin de la
membrana ocurre cuando el potencial elctrico inducido en la
membrana de muchos sistemas celulares excede el valor crtico de 1
voltio lo que corresponde a un campo elctrico externo de
proximadamente de 10 kV/cm para la bacteria Eschericia coli (Castro
y col., 1993). 4 Ruptura Elctrica Como se muestra en la Figura 1,
Zimmermann (1986) explica el mecnismo de ruptura elctrica de la
membrana celular. La membrana puede ser considerada como un
capacitador lleno con circuto elctrico (Fig. 1a). El potencial
elctrico normal en ambos lados de la membrana es de proximadamente
10 mV. Exposicin de la membrana a un campo elctrico como se muestra
en la Fig. 1b conduce al desarrollo en sta de un potencial
diferencial (V) promovido por la separacin de cargas elctricas a
traves de la membrana celular. V es proporcional al campo elctrico
(E) y al radio de la membrana. El aumento del potencial elctrico de
la membrana conlleva a una reduccin del espesor de la membrana
celular. La ruptura de la membrana celular ocurre si el voltaje de
ruptura crtico, Vc (~1 V) es alcanzado por un incremento adicional
del campo elctrico externo, E (Fig. 1c). Se asume que la ruptura es
causada
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por la formacin de poros transmembrnicos (llenados con solucin
conductora), lo cual conduce a una descarga inmediata de la
membrana y a la descomposicin de esta. La ruptura es irreversible
si los poros del producto son pequeos en relacin a la superficie
total de la membrana. A intensidades de campo elctrico supercrticas
y largos tiempos de exposicin, grandes reas de la membrana estarn
sujetas a la ruptura (Fig. 1d). Si el tamao y el nmero de poros se
hace mayor en relacin a la superficie total de la membrana, la
ruptura reversible cambia a una ruptura irreversible, la cual esta
asociada con la destruccin mecnica de la membrana celular. Mecnismo
de Electroporacin La electroporacin es un fenmeno que desestabiliza
temporalmente la capa lpidica y las protenas de la membrana celular
al ser sometida a campos elctricos pulsantes de alto voltaje
(Castro y col., 1993). El plasma de las membranas celulares se hace
permeable a pequeas moleculas despues de haber sido expuesto a un
campo 5 elctrico, y la permeabilidad causa hinchazn y una eventual
ruptura de la membrana celular como se muestra en la Fig. 2
(Vega-Mercado y col., 1996b). El principal efecto de los campos
elctricos en la membrana celular es por lo tanto causar
permeabilidad debido a la compresin y poracin de esta (Vega-Mercado
et al., 1996b). Kinosita y Tsong (1997a, 1097) demostraron que un
campo elctrico de 2.2 kV/cm induca poros en eritrocitos humanos de
aproximadamente 1 mm de dimetro (Martn y col., 1995). Kinosita y
Tsong (1977a) sugirieron un mecnismo de dos pasos para la formacin
de los poros en el cual la poracin inicial es una respuesta a un
potencial de campo al seguido de una expansin del tamao del poro en
el tiempo como se indica en la Fig. 2. Grandes poros son obtenidos
mediante
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incrementos de la intensidad del campo elctrico y la duracin del
pulso o reduciendo la resistencia inica del medio de pulsacin. En
la membrana celular las cargas elctricas bipolares de los lpidos,
protenas, carbohidratos de estas molculas forman el campo elctrico.
Por lo tanto la electroporacin ocurre en los liposomas y en las
membranas celulares, pero las molculas afectadas por el campo
aplicado no son necesariamente las mismas en estos dos sistemas
(Tsong, 1990). En una vescula lpidica, los movimientos
electroforticos de iones y dipolos de agua a travs de poros
hidrofbicos espontneos son postulados a ser el primer evento de la
electroporacin; despus de lo cual las molculas se reorganizan para
formar poros hidroflicos estables. En una membrana celular esto
puede ocurrir, sin embargo, canales protecos, poros y bombas tambin
estn presentes. Estas membranas son extremadamente sensitivas al
campo elctrico transmembrnico (Tsong, 1990). Los potenciales de
abertura a los canales constituidos por las protenas estn en el
rango de los 50 mV (Castro y col., 1993). Miller y col. (1988)
encontraron que la electroporacin permite la toma del DNA por las
clulas mamarias y protoplastos de las plantas debido a que esta
reduce la permeabilidad de la membrana celular. Estos
investigadores demostraron la utilidad de la electroporacin de
altos voltajes para la transformacin genetica de clulas bacterianas
intactas utilizando la bacteria patognica Campylobacter jejuni como
6 sistema modelo. El mtodo involucra la exposicin de clulas en
suspensin de Campylobacter a un potencial exponencial de alto
voltaje con una descarga de 5-13 kV/cm con tiempos de tratamiento
cortos de 2,4-2,6 s en la presencia de DNA plsmido. La
transformacin elctrica de C. jejuni result en frecuencias elevadas
de 1,2 x 106 transformadas por g de DNA. Validacin del Proceso de
Campos Elctricos Pulsantes de Alta Intensidad
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Pruebas extensivas de inactivacin microbiana han sido conducidas
para validar el concepto de CEPAI como un proceso de pasteurizacin
de alimentos sin calor (Zhang y col., 1994; Zhang y col. 1995;
Pothakamury y col., 1995; Keith y col., 1996; Marquez y col., 1997;
Qin y col., 1995; Vega-Mercado y col., 1996a, b; Qin y col., 1998;
Castro y col., 1993). Los campos elctricos pulsantes de alta
intensidad producen una serie de cambios degradantes en las clulas
de sangre, algas, bacterias y levaduras (Castro y col., 1993).
Estos cambios incluyen electroporacin y desprendimiento de las
membranas semipermeables lo cual conduce al hinchamiento y/o
encogimiento y finalmente lisis de la clula. Los mecanismos de
inactivacin de microorganismos incluyen ruptura elctrica, efecto
inico de pulso y electroporacin de las membranas celulares
(Vega-Mercado y col., 1996b). Castro y col.(1993) reportaron cinco
logaritmos de reduccin en bacterias, levaduras y mohos suspendidos
en leche, yogurt, jugo de naranja y huevo lquido tratados con
CEPAI. Zhang y col. (1995) logr nueve logaritmos de reduccion en E.
coli suspendidos en leche ultrafiltrada (SMUF) y tratada con CEPAI
aplicando un campo elctrico convergente de 70 kV/cm y un tiempo
corto de tratamiento de 160 s. Estas condiciones de procesamiento
son adecuadas para la pasteurizacin comercial de alimentos que
requiere 6-7 ciclos logartmicos (Zhang y col., 1995). La
inactivacin microbiana usando CEPAI reportada por varios
investigadores es resumida en la tabla 1. Martin y col. (1977)
inactiv E. coli en leche descremada 7 obteniendo ms de un ciclo
logaritmico de reduccion con la aplicacin de 20-40 kV/cm y 64
pulsos usando una cmara esttica o contina. Qin y col. (1998)
lograron is ciclos de reduccion en E. coli suspendidas en SMUF
utilizando una
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intensidad de campo elctrico de 36 kV/cm con un proceso de cinco
pasos (50 pulsos). La temperatura en la cmara de tratamiento se
mantuvo por debajo de 40C durante los tratamientos lo cual est por
debajo de la pasteurizacin convencional para la leche (70-90C).
Hlsheger y col. (1983) reportaron cuatro ciclos de reduccion en E.
coli usando campos elctricos intensos de 40 kV/cm acompaado de un
largo perodo de tratamiento de 1080 s. Pothakamury y col. (1985)
validaron el proceso de CEPAI con inactivaciones de E. coli y S.
aureus usando un campo elctrico intenso de 16 kV/cm y 60 pulsos con
un tiempo de tratamiento entre 200 y 300 s. Se ha comprobado que la
extensin de la inactivacin microbiana aumenta cuando se aumenta la
intensidad del campo elctrico. E. coli y B. subtilis suspendidos en
sopa de guisantes aument con un aumento en la intensidad del campo
elctrico, nmero de pulsos y la tasa de -Mercado y col., 1996a).
Pagn y col. (1998) encontraron que los esporos de B. subtilis no se
inactivaban con la aplicacin de CEPAI solamente (60 kV/cm, 75
pulsos), pero la combinacin de CEPAI con altas presiones
hidroestticas (HHP) inactivaba los esporos de B. subtilis.
Vega-Mercado y col. (1996b) encontraron que combinando el pH, la
resistencia inica y CEPAI mejoraba marcadamente la inactivacin de
microorganismos como los E. coli. Reducciones de 2,2 logaritmos en
contaje de placas fueron observados cuando el pH y el campo
elctrico fueron modificados (pH 6,8 a 5,7 y campos elctricos de 20
a 55 kV/cm). Resultados similares fueron obtenidos cuando la
resistencia inica se redujo de 180 mM a 28 mM (Vega-Mercado y col.,
1996b). Sensoy y col. (1997) determinaron la cintica de inactivacin
de Salmonella dublin suspendida en leche descremada utilizando un
sistema de CEPAI de co-flujo. Se obtuvo una reduccion de 50% de
clulas viables de S. dublin usando un potencial elctrico crtico
(Ec) en un rango de 12,64 a 16,24 kV/cm con un tiempo de
tratamiento de 25 a 100 s. Reina y col. (1998) inactivaron la
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8 Listeria monocytogenes en leche obteniendo de 1 a 3
reducciones logaritmicas con tratamientos de 30 kV/cm (25C) y 600
s, y hasta 4 logaritmos de reduccion incrementando la temperatura
de tratamiento hasta 50C despus de 300 y 600 s, respectivamente.
Los resultados indicaron que el uso de CEPAI es una tecnologa
prometedora en la inactivacin de microorganismos patgenos en
alimentos. El proceso de tratamiento con CEPAI ha demostrado que
extiende la vida de anaquel de los jugos de manzana hasta cuatro
semanas, diez das para jugos frescos de naranja y hasta dos semanas
para leche cruda descremada. Qin y col. (1995) no encontraron
diferencia significativas en la evaluacion sensorial de huevos
frescos revueltos y tratados con CEPAI. Ms an, los huevos tratados
con CEPAI fueron preferidos por el panel de catadores antes que los
huevos revueltos provenientes de huevos lquidos comerciales.
Barbosa-Cnovas y col. (1998) reportaron que el tratamiento de CEPAI
en crema de guisantes extenda la vida de anaquel hasta cuatro
semanas a 4C. Las propiedades qumicas, fsicas y sensoriales de esta
crema no variaron despus del tratamiento con CEPAI y despus del
almacenamiento. Dunn y Pearlman (1987) encontraron que la vida de
anaquel de yogurt inoculado con S. cerevisiae y tratado con CEPAI a
45C podia ser aumentada hasta diez das cuando se almacenaba a 4C.
Aumentando el tratamiento con CEPAI y la temperatura a 55C extenda
la vida de anaquel del yogurt hasta un mes y almacenado a 4C.
Tecnologa de Pulsos de Luz (PL) Los pulsos de luz son producidos
utilizando tcnicas en las cuales se acumula energa y luego se
descarga en una corta unidad de tiempo. La potencia es magnificada
por la acumulacin de energa elctrica en un capacitador que almacena
energa por tiempos relativamente largos (fracciones de segundos).
Esta energa almacenada es utilizada para realizar el trabajo en
tiempos mucho ms cortos
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(millones o miles de segundos). El resultado es una potencia
elevada durante el ciclo de trabajo, con un gasto moderado en el
consumo de energa (Dunn, 1996). 9 Las tecnologas de Pure Pulse han
desarrollado dos nuevos procesos para matar microorganisms
asociados con el empacado de productos alimenticios, suministros
mdicos, farmacuticos, agua y aire (Dunn, 1996). Estos nuevos
procesos son denominados por su nombre en ingls "Pure Bright" y
"Cool Pure". Los pulsos de luz denominados "Pure Bright" utilizan
rayos de luz de corta duracin en el espectro amplio de luz blanca
para matar un amplio nmero de microorganismos incluyendo esporos y
hongos. Cada pulso de luz dura solamente millones de segundos.
Durante cada pulso que pasa la intensidad de la luz es de unas
200.000 veces la intensidad de la luz en la superficie terrestre
(Dunn, 1996). El proceso de campos elctricos pulsantes de alta
intensidad (Cool Pure) utiliza mltiples pulsos de corta duracin, y
campos elctricos pulsantes de alta intensidad para matar los
microorganismos en los alimentos transportados por tuberias. El
rango de temperatura durante la aplicacin de este proceso es muy
bajo sin causar daos trmicos apreciables. El sabor original,
textura y funcionalidad de los productos alimenticios se mantiene
(Dunn, 1996). Mecnismos de Inactivacin con Pulsos de Luz (PL) La
letalidad de los pulsos de luz es diferente a distintas longitudes
de ondas. Por lo tanto el espectro completo o la longitud de onda
seleccionada puede ser utilizada para tratar los alimentos. Las
longitudes de onda conocidas que producen productos indeseables en
los alimentos son eliminadas por filtracin a travs de filtros de
vidrio o lquidos. Los pulsos de luz inducen reacciones fotoqumicas
o fototermales en el alimento. La luz ultravioleta causa cambios
fotoqumicos mientras que la luz
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visual e infrarroja causan cambios fototermales. Los efectos
antimicrobianos de estas longitudes de ondas son primariamente
mediados a travs de la absorcin de sistemas conjugados de dobles
enlaces carbono-carbono en protenas y cidos nucleicos. El material
a ser esterilizado es expuesto por lo mnimo a un pulso de luz con
una energa de densidad en el rango de 0,01 a 50 J/cm2 en la
superficie usando una distribucin de longitud de onda de tal manera
que por lo menos un 70% de la energa
electroma00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000gntica
sea distribuida en un rango de longitud de onda de 170 nm a 2600 nm
(Barbosa-Cnovas y col., 1997). La duracin de los pulsos vara entre
1 s y 0,01 s. Los rayos son aplicados a una tasa de 1 a 20 rayos
por segundo. Para la mayora de las aplicaciones pocos rayos
aplicados en fracciones de segundo suministran un alto nivel de
inactivacin microbiana. Por lo tanto el proceso es muy rpido y
sencillo para la obtencin de altos rendimientos. Validacin del
Proceso de Pulsos de Luz (PL) Los pulsos de luz proporcionan una
extension dramtica en la vida de anaquel y efectos de preservacin
positivos en una gran variedad de alimentos. Se ha comprobado que
el proceso es efectivo en la inactivacin de hongos en variedades de
productos horneados. Camarones tratados con PL, almacenados y
refrigerados permanecieron comestibles por siete das, mientras que
camarones no tratados mostraron una degradacin extensiva,
decoloracin, odores desagradables y no comestibles (Dunn y col.,
1995). Barbosa-Cnovas y col. (1998) reportaron ms de siete ciclos
logaritmicos de reduccion en la inactivacin de esporos de
Aspergillus niger tratados con PL. Una gran variedad de
microorganismos incluyendo E. coli, S. aureus, B. subtilis y S.
cerevisiae han sido inactivados utilizando 1 a 35 pulsos de luz con
una intensidad entre 1 y 2 J/cm2. Con el proceso "Pure Bright" de
PL la salmonella pudo ser reducida a dos ciclos logaritmicos en
muestras de alas de pollos inoculadas con 5 2 log/cm2. La listeria
tambien fue reducida a dos ciclos logaritmicos en salchichas
(inoculadas con 3 5 log/wiener) despus del tratamiento
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con PL (Barbosa-Cnovas y col., 1998). Cuajadas comerciales de
queso seco (cottage) inoculadas con pseudomonas y tratadas con PL
con una energa de densidad de 16 J/cm2 y una duracin de pulso de
0,05 ms redujo la poblacin microbiana a 1,5 ciclos logaritmicos
despus de la aplicacin de dos rayos de luz, y la temperatura en la
superficie de la cuajada estaba 11 cercana a la fuente de luz y
aument por 5C (Dunn y col., 1991). Un panel de evaluacin sensorial
entrenado demostr que no habia efectos en el sabor de los quesos
tratados con PL. Una combinacin de alta presin y exposicin a PL
redujo la s de la superficie de tejidos de pescados a tres ciclos
logaritmicos. Las muestras de pescado permanecieron sensorialmente
aceptables despus de quince das de almacenadas en refrigeracin
(Dunn y col., 1988). Los pulsos de luz han sido muy efectivos en la
eliminacin de la contaminacin microbiana de la superficie de
cascras de huevo. Hasta ocho logaritmos de reduccion han sido
obtenidos sin encontrar diferencias entre huevos comerciales y
huevos crudos. En la superficie de diferentes materiales de empaque
un simple pulso de luz inactiv S. aureus con una cantidad de energa
tan pequea como 1,25 J/cm2 mientras que esporos de B. cereus y
Apergillus fueron inactivadas con una energa de densidad mayor a 2
J/cm2 (Barbosa-Cnovas y col., 1998). Campos Magnticos Oscilantes La
utilizacin de campos magnticos oscilantes para la inactivacin de
microorganismos tiene el potencial de pasteurizar alimentos con un
mejoramiento en la calidad y la vida de anaquel en comparacin con
los procesos convencionales de pasteurizacin. Los campos magnticos
pueden ser estticos (CMS) o oscilantes (CMO). En el campo magntico
esttico la intensidad del campo magntico es
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constante con el tiempo mientras que un campo magntico oscilante
se aplica en forma de pulsos. La carga de los pulsos se revierte en
cada pulso. El campo magntico puede ser homogneo o heterogneo. En
un campo magntico homogneo la intensidad del campo (B) es uniforme
en el area envuelta por el campo magntico mientras que en un neo, B
no es uniforme con las intensidades disminuyendo as como las
distancias del centro del alambre aumentan. Los campos magnticos
oscilantes aplicados en forma de pulsos reversan la carga por cada
pulso pero tambien 12 la intensidad de cada pulso disminuye con el
tiempo en un 10% de la intensidad inicial (Pothakamury y col.,
1993). La exposicin a los campos magnticos causa simulacin o
inhibicin en el crecimiento y reproduccin de los microorganismos.
Un simple pulso de intensidad de 5 a 10 tesla (T) y frecuencia de 5
a 500 kHz se aplica generalmente para reducir el nmero de
microorganismos por lo mnimo a dos ciclos logartmicos (Barbosa-
Cnovas y col., 1996). Campos magnticos oscilantes de esta magnitud
pueden ser generados utilizando: (1) alambres superconductores; (2)
alambres que producen campos DC; o (3) alambres energetizados por
la descarga de energa almacenada en un capacitador (Barbosa-Cnovas
y col., 1998). La inhibicin o estimulacin de microorganismos
expuestos a campos magnticos puede ser el resultado de un campo
magntico o de campos elctricos inducidos. Este ltimo es medido en
trminos de la intensidad del campo elctrico inducido y la densidad
de corriente inducida. Para diferenciar entre efectos de campos
magnticos y campos elctricos se recomienda el uso de un cilindro
que contiene clulas y un medio que pueda ser adaptado a estudios in
vitro empleando campos magnticos uniformes de fases sencillas y
frecuencias extremadamente bajas.
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Mecnismos de Inactivacin Microbiana con Campos Magnticos
Oscilantes Pothakamury y col. (1993) reportaron dos teoras que
explican los mecnismos de inactivacin de clulas colocadas en campos
magnticos estticos u oscilantes. La primera teora afirma que un
campo magntico oscilante dbil puede debilitar los enlaces entre
iones y protenas. Muchas protenas vitales a un metabolismo
saludable contienen iones. En presencia de un campo magntico inmvil
como el de la tierra, los efectos biolgicos de los campos magnticos
oscilantes son ms pronunciados alrededor de frecuencias
particulares tales como la frecuencia de resonancia del cyclotron
de iones. 13 Un ion que entra a un campo magntico B a una velocidad
v experimenta una fuerza F dada por: F = q n B x (1) Donde v y B
son paralelas, F es cero (Fig. 3). Cuando v es normal a B, los
iones se mueven en una trayectoria circular (Fig. 4). Para otras
orientaciones entre v y B, los iones se mueven en una trayectoria
helicoidal (Fig. 5). La frecuencia a las cuales los iones son
girados en el campo magntico se conoce como la girofrecuencia de
iones , la cual depende de la carga de la masa proporcional del
radio del ion y de la intensidad del campo magntico: = q B / (2 m)
(2) Donde q es la carga y m es la masa del in. La resonancia del
ciclotrn ocurre cuando es igual a la frecuencia del campo magntico.
A 50 T, la frecuencia de resonancia de Na+ y Ca+ es de 33,33 y 38,7
Hz, respectivamente. A una resonancia de ciclotrn,
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la energa es transferida selectivamente d equivalente a la
frecuencia del campo magntico. El sitio de interaccin del campo
magntico es el tejido de la clula, el cual viene a ser el ms
afectado por este. Los iones transmiten los efectos de los campos a
otros tejidos de rganos a travs del sitio de interaccin. Una
segunda teora considera el efecto de los campos magnticos estticos
y oscilantes en enlaces de iones de calcio pegados a protenas tales
como el calmodulin. Los iones de calcio continuamente vibran
alrededor de una posicin de equilibrio en el sitio de enlace del
calmodulin. Aplicando un campo magntico inmvil al calmodulin causa
rotacin y vibracin del plano o procede en la direccin del campo
magntico a una frecuencia que es exactamente la frecuencia del
ciclotrn del enlace del calcio. Agregando un campo magntico
vibratorio a la frecuencia del ciclotrn perturba la 14 precisin a
tal extensin que resulta en la debilitacin del enlance entre el in
de calcio y el calmodulin (Pothakamury y col., 1993). La
inactivacin de microorganismos esta basada en la teora de los
campos magnticos oscilantes los cuales pueden acumular la energa en
partes activamente magnetizadas de grandes moleculas como las de
DNA. Dentro de un rango de 5 a 50 T, la cantidad de energa por
oscilaciones acopladas a un dipolo de DNA es de 10-2 a 10-3 eV. Con
diferentes oscilaciones y ensamblaje colectivo de dipolos se
obtiene suficiente activacin local que puede resultar en la ruptura
de los enlaces covalentes de la molcula de DNA y por consiguiente
la inactivacin de los microorganismos (Pothakamury y col., 1993).
Validacin del Proceso de Campos Magnticos Oscilantes Hoffman (1985)
investig la validacin del proceso de campos magnticos oscilantes.
Este autor report la inactivacin de microorganismos con CMO con una
densidad de flujo mayor a 2 T para obtener una reduccion de por lo
minmo dos ciclos
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La preservacin de alimentos con CMO involucra colocar los
alimentos en y someterlas de 1-100 pulsos con una frecuencia de 50
a 500 kHz y temperatura de 0 a 50C para un tiempo total de
exposicin que vara entre 25 y 100 ms. Frecuencias mayores de 500
kHz son menos efectivas para la inactivacin microbiana y tienden a
calentar el alimento (Barbosa-Cnovas y col., 1998). Los
tratamientos con campos magnticos se llevan a cabo a presin
atmsferica y a una temperatura que estabiliza el material
alimenticio. El alimento es esterilizado sin cambios apreciables en
su calidad y la temperatura del alimento aumenta entre 2 y 5 C.
Hoffman (1985) ha reportado la inactivacin de microorganismos en
productos como la leche, yogurt, jugo de naranja y en pan tratados
con CMO. Los resultados indican que solamente un pulso de CMO es
suficiente para reducir la poblacin bacteriana entre 102 y 103
microorganismos/gramos. La intensidad del campo 15 magntico
requerida para obtener estos efectos varia entre 2-25 T y
frecuencias entre 5-500 kHz (Pothakamury y col., 1993). CONCLUSION
La aplicacin de tecnologas alternas para pasteurizar y esterilizar
alimentos sin calor como los campos elctricos pulsantes de alta
intensidad, los pulsos de luz y los campos magnticos oscilantes
constituyen un potencial a ser explotado por la industria
alimentaria. Su forma nica de aplicacin a bajas temperaturas hace
de estas tecnologas una alternativa de sustitucin de los procesos
trmicos tradicionales utilizados en la pasteurizacin y
esterilizacin de alimentos lquidos. Los resultados de estudios
experimentales han demostrado la eficacia y validacin de estos
mtodos en la preservacion y extension de la vida de anaquel de
productos alimenticios como la leche, huevos lquidos, jugos de
manzana, naranja y yogurts entre otros. Los campos elctricos
pulsantes de alta intensidad y los pulsos de luz son las dos
tecnologas ms estudiadas y que parecen estar listas para su
aplicacin
-
industrial como se ha demostrado en pruebas a nivel de
laboratorio y de planta piloto. 16 INTRODUCCIN Barbosa-Canovas,
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Pgina Personal del Dr. Gustavo Barboza-Canovas
http://www.rau.edu.uy/pedeciba/personas/barboza.htm
El Dr. Barboza-Canovas es investigador Asociado en el Area
Biologa y Colaborador en el Area Qumica del PEDECIBA. Ingres al
Programa en 1991.
Desempea sus actividades en Dpt. Engineering, Pullman, EEUU
Su lnea de investigacin es :
Ciencia de los alimentos
Direccin postal : Dpt. Engineering, W. St. Univ. Pullman WA
99164-6120 Estados Unidos
e-mail :[email protected]
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