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Practica 7. Propiedades dieléctricas de los alimentos. *Conductividad de alimentos químicos. Objetivos.  

Determinar la conductividad eléctrica de diferentes alimentos líquidos. Evaluar la relación entre conductividad eléctrica y alteración de los alimentos líquidos.

Introducción. La conductividad eléctrica es una de las características más importantes de los electrolitos, ya que representa la capacidad de estos para transportar la corriente eléctrica. La resistencia de un conductor electrolítico al paso de la corriente se puede determinar mediante la ley de ohm, si se le aplica una diferencia de potencial a un fluido que contenga iones, se establecerá una corriente de iones positivos que se mueven en la dirección del campo eléctrico y los iones negativos lo harán en sentido contrario. La conductividad electrolítica es una medida de la disociación de una solución que permite el paso de la corriente eléctrica por la migración de iones bajo la influencia de un gradiente de potencial. Los iones se mueven a una velocidad que depende de su carga y tamaño, la viscosidad del medio y la magnitud del gradiente de potencial. Conductividad del agua El agua pura es un buen conductor de la electricidad. El agua destilada ordinaria en equilibrio con dióxido de carbono en el aire tiene una conductividad aproximadamente de 10 x 10-6 Ω1*m-1 (20 dS/m). Debido a que la corriente eléctrica se transporta por medio de iones en solución, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones, de tal manera que la conductividad en el agua disuelve compuestos iónicos. Conductividad en distintos tipos de aguas: Agua Ultra Pura: 5.5 • 10-6 S/m Agua potable: 0.005 – 0.05 S/m Agua del mar: 5 S/m Factores que influyen en la conductancia de un líquido: 

   

La exposición de la muestra al aire atmosférico, puede causar cambios en la conductividad, debido a la pérdida o ganancia de gases disueltos, en especial el CO 2. Esto es especialmente importante para agua de alta pureza, con concentraciones bajas de gases y sustancias ionizables. Para evitar esto se debe de tener una atmósfera inerte de nitrógeno o helio sobre la muestra. Sustancias no disueltas o materiales que precipiten lentamente la muestra, puede causar que se ensucien las superficies de los electrodos y causar lecturas erróneas. Corrosión de los electrodos causan lecturas inestables o erróneas. Sales contenidas en la solución. Resistencia causada por las áreas superficiales de los electrodos, su forma, su posición, así como el tipo de la especie iónica, la concentración y la temperatura.

Los conductímetros Los conductímetros son los aparatos utilizados para medir la conductividad. Básicamente los conductímetros son instrumentos compuestos por dos placas de un material especial (platino, titanio, níquel recubierto con oro, grafito, etc.), una fuente alimentadora y un sector o escala de medición. Aplicada una diferencia de potencial entre las placas del conductímetro, este mide la cantidad de corriente que como consecuencia pasa por ellas. Con los valores del voltaje aplicado y con la intensidad eléctrica de la corriente que pasa por las placas, los conductímetros determinan, de acuerdo a su previa calibración, la conductividad de la muestra ensayada. Hay muchos tipos de conductímetros y los valores de la conductividad son dependientes de la geometría de la celda de cada aparato. Es por ello que cada uno realmente mide una conductividad específica, la cual es el producto de la conductividad realmente medida, multiplicada por la constante de la celda del mismo. Esta constante es la relación que hay entre la distancia a la cual se encuentran sus placas y la superficie de las misma, la cual, para dar lecturas confiables, deberá ser calibrado conforme lo indica el fabricante utilizando soluciones estándar de conductividad conocida. Propiedades dieléctricas. Conductancia (

−1

Ω

). La conductancia está directamente relacionada con la facilidad que

ofrece un material cualquiera al paso de la corriente eléctrica. La conductancia es lo opuesto a la resistencia. A mayor conductancia la resistencia disminuye y viceversa, a mayor resistencia, menos conductancia, por lo que ambas son inversamente proporcionales. Resistencia (Ω). Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Capacitancia. Propiedad de almacenar carga eléctrica entre dos conductores, aislados el uno del otro, cuando existe una diferencia de potencial entre ellos, las dos placas actúan como conductores, mientras que el aire actúa como un aislante. Conductividad. La conductividad, por su parte, es lo opuesto a la resistividad. La resistividad o resistencia específica de un material se representa con la letra griega rho. Por tanto, su inverso se puede representar matemáticamente por medio de la fórmula siguiente, en la que la letra griega sigma representa la conductividad. Resistividad: La resistividad o resistencia específica es una característica propia de un material y tiene unidades de ohm*cm. La resistividad indica que tanto se opone el material al paso de la corriente.

Radiación electromagnética La radiación electromagnética tiene propiedades ondulatorias y corpusculares. Los fenómenos de refracción, reflexión, dispersión, etc. son explicables considerando la radiación electromagnética como ondas. El efecto fotoeléctrico sugiere que la radiación electromagnética también tiene comportamiento corpuscular y que ésta radiación consiste de partículas discretas llamadas fotones, los cuales tienen energías definidas y se desplazan a la velocidad de la luz. Aplicaciones de la medición de conductividad Leche: La presencia de electrolitos minerales en la leche (cloruros, fosfatos y citratos), principalmente, y de iones coloidales, secundariamente disminuyen la resistencia al paso de la corriente. Su consistencia poco espesa rebaja la conductividad, y su alteración por acidificación la eleva. Desalinización: Tratamiento de las aguas de entrada en las instalaciones control de agotamiento de resinas de suavización, y para el control de membranas osmóticas. Producción de cerveza y levadura: Limpieza y control de filtros en las instalaciones, y en la dosificiación de la sal en la levadura. Otras aplicaciones: Conservas, vegetales, lixiviación, salmueras, centrales azucareras y en la elaboración de quesos.

La Ley de Ohm establece que "la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo", se puede expresar matemáticamente en la siguiente fórmula o ecuación:

Donde, empleando unidades del Sistema internacional de Medidas , tenemos que:   

R= ρ

I = Intensidad en amper (A) V = Diferencia de potencial en voltios (V) R = Resistencia en ohm (W o Ω).

d A

Donde  R= resistencia ohm (W o Ω) 

ρ = resistividad ohm * cm (Ω*cm)



d=¿ distancia entre los electrodos (cm) (1cm)



A

= área de los electrodos (cm2)

DETERMINACIÓN DE CONDUCTANCIA (LECHE, JUGO Y YOGURT)

Montar dispositivo

Conectar conductímetro

agregar

Agua desionizada

Introducir celda

Agitar moderadamente

Registar lectura

Sacar celda secar

Agregar

y

Lech e

Realizar diluciones si es necesario Repetir procedimiento con jugo y con el yogurt

Equipo

Volumen (mL)

Dilución

Conductancia (mS)

Marca

1 2 3 4 5 6

7 8 9

50 5 50 20 50 10 15 20 25 30 35 40 45 50 20 20 50

1:1 1:8 1:1 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:7 1:8 1:1 1:1

4.11 1.002 3.40 5.35 5.76 4.009 3.005 2.051 1.785 1.570 1.598 1.263 1.140 6.26 5.85 3.35 3.48

50

-

6.05

Alpura 2000 Alpura 2000 Nutrileche

Lala Liconsa Liconsa Semi-descremada alpura Semi-descremada alpura

Tabla No. 1 Determinaciones conductimétricas de la leche Equipo

volumen

Dilución

1 2 3

50 5 50

1:8 -

Conductancia (mS) 4.50 1.170 2.75

4 5

20 50

1:1 -

2.70 7.16

10 1:1 3.013 15 1:2 2.069 20 1:3 1.738 25 1:4 1.530 30 1:5 1.373 35 1:6 1.239 40 1:7 1.128 45 1:8 1.033 7 50 4.75 8 20 5.47 20 1:1 3.19 9 50 6.15 50 1:1 2.84 Tabla No. 2 Determinaciones conductimétricas del yogurt

Muestra Danone de fresa Danone bene gastro natural Nestle gastro protect fresa

6

Lala manzana Yoplait Yoplait Sofúl natural Sofúl natural

Equipo

Conductancia (mS) 1 50 1.040 2 15 1.146 3 50 1.533 4 20 1:1 4.66 5 50 1.85 6 10 1:1 1.233 15 1:2 0.978 20 1:3 0.805 25 1:4 0.689 30 1:5 0.604 15 2:1 1.451 20 3:1 1.593 25 4:1 1.654 30 5:1 1.696 7 50 3.86 8 20 15.66 20 1:1 9.74 9 50 0.957 50 1:1 0.500 Tabla No. 3 Determinaciones conductimétricas del jugo Equipo

Volumen

Volumen

Dilución

Dilución

Conductancia (mS) 4 50 5.66 Tabla No. 4 Determinación conductimétrica del gatorade.

Muestra Boing de manzana Jumex manzana Bonafina naranja

Naranja natural Petit durazno Petit durazno Boing de manzana Boing de manzana Muestra Gatorade

Valores teóricos: La conductividad varía con la temperatura; normalmente se determina a 25ºC, y sus valores se sitúan entre 40x10-4 y 50x10-4 ohm

Tabla No.5 Etiqueta de la leche

Tabla No. 6 Etiqueta del yogurt

Conductividad eléctrica de algunos temperaturas (S/m). (Rao M.A. 2005) Producto Cerveza Cerveza light Café con leche Café con azúcar Jugo de manzana Jugo de arándano Jugo de uvas Limonada Jugo de naranja Jugo de zanahoria Leche deslactosada Leche descremada Leche entera

alimentos

líquidos

a

diferentes

4 0.08 0.083 0.265

22 0.143 0.122 0.357

Temperaturas 30 40 0.16 0.188 0.143 0.167 0.402 0.470

0.133

0.185

0.210

0.250

0.287

0.323

0.196

0.239

0.279

0.333

0.383

0.439

0.063

0.090

0.105

0.123

0.148

0.171

0.056 0.084 0.314

0.083 0.123 0.360

0.092 0.143 0.429

0.104 0.172 0.500

0.122 0.199 0.600

0.144 0.227 0.690

0.788

1.147

1.282

1.484

1.741

1.980

0.380

0.497

0.583

0.717

0.817

0.883

0.328

0.511

0.599

0.713

0.832

0.973

0.357

0.527

0.617

0.638

0.800

0.883

50 0.227 0.193 0.550

60 0.257 0.218 0.633

Rao M.A. “Engineering properties of foods”. 3a edición. Editorial T&F. USA 2005. Pág. 467.

Debido a que estos resultados están en otras unidades diferentes a las obtenidas, se realiza una conversión:

|

||

|

Para el jugo de naranja

|

||

|

Para el jugo de manzana

|

||

|

Para la leche entera

0.360

S 1000 mS 1 m mS =3.14 m 1S 100 cm cm

0.239

S 1000 mS 1 m mS =1.96 m 1S 100 cm cm

0.527

S 1000 mS 1 m mS =5.27 m 1S 100 cm cm

Para el caso de los equipos 1, 3 y 9 que utilizaron jugo de manzana todos estuvieron por debajo de la conductividad teórica; lo que pudimos analizar es que posiblemente estos valores se hayan obtenido con jugo natural de esta fruta, por lo cual como sabemos los jugos ya procesados son rebajados en su concentración de néctar o jugo, por lo cual nos pueden dar resultados inferiores, además que en el equipo 9 uno de sus resultados eran obtenidos de una dilución, por lo cual fue mucho más bajo el resultado obtenido. Para el caso de los equipos 5 y 7, el 5 (nuestros equipo), obtuvimos una conductancia inferior a la teórica (jugos), esto puede deberse a lo que se menciono previamente, ya que en muchas investigaciones se ha determinado que no tiene nada de jugo natural, y que solo es saborizante y colorante artificial. Por otro lado el equipo 7 si obtuvo resultados mayores a los teóricos, esto es porque como indicábamos, en el análisis mencionamos que lo de la tabla posiblemente era de jugos naturales, y además hay que tener en cuenta que la temperatura también afecta, ya que, a mayor temperatura mayor es la conductancia, y posiblemente este haya sido el factor que afectó los resultados. En el caso de los equipos 1, 3, y 8 (dilución) en la determinación de la leche que era entera, los resultados de conductancia estaban por debajo de lo teórico, por lo cual podemos hacer el mismo análisis que en el caso del jugo, que la leche viene rebaja con agua y por ello nos dan estos resultados, en el caso de los equipos 5 y 7, los resultados fueron mayores a los teóricos, esto puede deberse al efecto que tiene la temperatura en la conductancia. En relación a los dos tipos de leche que se usaron en la determinación, sabemos que la leche descremada aporta la misma cantidad de proteínas,

azúcares, en forma de lactosa, y calcio que la leche entera. Además, la cantidad de agua que contiene la leche descremada es muy similar a la de la leche entera, por lo que es incorrecto afirmar que la descremada es sólo agua. La diferencia principal entre ambos tipos de leche es que la descremada contiene casi nada de grasa, lo que permite una conductividad mayor a comparación de la entera, lo cual se ve reflejado en los datos teóricos. Con base en lo anterior y analizando los datos se observa que los datos obtenidos por el grupo son correctos debido a que se observa la variación entre la leche entera y la descremada con base en los resultados del equipo 9 y en relación a su lectura de la muestra sin diluir. Así mismo se observa que el valor de lectura obtenido por el equipo 7 (leche entera) es similar al que se obtuvo con la leche descremada, lo cual se justifica por la diferencia de temperaturas de las muestras. Como se observa en relación con los datos teóricos la conductividad y conductancia son proporcionales a la temperatura a la que se encuentra la muestra y al aumentar la temperatura lleva a más colisiones provocando un incremento de energía, que se ve reflejado con el aumento de conductividad/conductancia, por ello podemos decir que la muestra del equipo 7 (leche entera) se encontraba a una temperatura mayor a la del equipo 9 (leche descremada) y por ello se observan valores similares, además se debe analizar el contenido de cada leche ya que otro factor a considerar es la cantidad de minerales y vitaminas.

 Propuestas para mejorar la práctica:

Sugerir alimentos donde se deban de hacer por lo menos 5 o 6 diluciones, con el fin de poder visualizar el comportamiento de la conductividad en las curvas obtenidas. Poder proporcionar o mencionar información complementaria sobre los usos de estas propiedades eléctricas en las industrias de alimentos. Poder determinar otras propiedades de los alimentos, aparte de la conductividad. Que cada equipo cuente con un conductímetro para que cada uno pueda realizar la parte de calibrado y adquiera las competencias necesarias que tiene como objetivo esta práctica.  Aplicaciones de la práctica a la carrera

HI 2316. Medidor de Mesa de CE y Resistividad (con equipos más actualizados) El HI 2316 medidor de CE y resistividad es un medidor de mesa de banco de combinación que mide la conductividad en cuatro rangos diferentes y resistividad.

Características en profundidad: 

Sonda de Cuatro anillos: Esto permite con una sola sonda medir en 4 ranfos sin efecto de polarización.



Se proporciona una mayor precisión (1% FS) en comparación a los medidores amperométricos.



Sonda de resistividad: Esta sonda esta especialmente diseñada para medir la resistividad y contiene sensor de temperatura interno.



Calibración manual: permite que el HI 2316 de CE de sobremesa y medidor de resistividad se pueda calibrar en cualquier valor dentro de los rangos de medición. También es menos costoso que los modelos con calibración automática. Principales aplicaciones:

 

Agua potable, estudios ambientales Tratamiento de Aguas - Caldera / calidad del agua para torres de enfriamiento



Agricultura: Concentración de fertilizantes



Procesamiento de alimentos: los niveles de sal en los alimentos.



Agua de alta pureza



Industria de impresión: soluciones humectantes



Revestimiento: concentración química en baños galvánicos

 Análisis y control de calidad de los alimentos Los consumidores esperan, legítimamente, que el consumo de alimentos sea seguro. Unos alimentos que no sean seguros pueden causar enfermedades alimentarias que en el mejor de los casos pueden ser desagradables y en el peor mortales. La seguridad alimentaria está íntimamente ligada a los peligros físicos, químicos y/o microbiológicos que puede haber en cualquier punto de la cadena alimentaria que va desde la explotación agrícola o ganadera al consumo del producto. Las empresas alimentarias deben desempeñar un papel importante en el control de estos peligros. Cuando se trata de determinar lo que contienen los alimentos, bebidas o productos de cuidado personal, es imprescindible que los laboratorios tengan el respaldo de herramientas analíticas fiables.

Medición en línea en la industria alimenticia La calidad es de vital importancia en la fabricación de productos alimenticios tales como: quesos crema, jarabes, entre otros, ya que una mala calidad del producto podría derivar en largos períodos de detención en el proceso de producción, los que por supuesto deben ser evitados. En la industria lechera, productos tales como crema o productos de leche fermentada, budines y postres son mercaderías cuyas características individuales pueden ser destruidas parcial o totalmente si las características del flujo de dicho producto son desconocidas o interpretadas incorrectamente. A partir de la viscosidad, el productor puede reconocer el comportamiento del producto, lo cual es importante para el control de procesos y decisivo para la calidad del producto. La viscosidad es una variable que en sus comienzos fue determinada fuera de línea y con mucho esfuerzo. Estos instrumentos para medición fuera de línea solo determinaban la viscosidad. Hoy existe un instrumento capaz de medir flujo másico, volumen, densidad y además la viscosidad del producto. La densidad de las soluciones, líquidos, etc., es un análisis básico para el control de calidad en la industria alimentaria y de bebidas. Una de las áreas en la industria de alimentos, que ha sido poco estudiada e investigada, es el área de la evaluación sensorial, a sabiendas que es tan importante como el control de calidad fisicoquímico y microbiológico en el aseguramiento de la calidad de los productos alimenticios. La evaluación sensorial, es importante para la industria de alimentos, para los profesionales encargados de la estandarización de los proceso y los productos, para los encargados de la producción y promoción de los productos alimenticios, ya que deben conocer la metodología apropiada, que les permita evaluar los alimentos haciéndolos de esta manera competitivos en el mercado. Los refractómetros son instrumentos relevantes en la industria alimentaria, ya que se emplean en el análisis de productos líquidos y en el control de operaciones durante el procesamiento de diversos alimentos: leche y sus derivados (condensada, evaporada, productos lácteos), frutas, zumos, mermeladas, miel, salsas (ketchup, mostaza, sopas), fabricación y refinado de azúcar, bollería y repostería. PARÁMETROS DE CALIDAD

 Conductividad con la concentración de iones en solución

La corriente eléctrica resulta del movimiento de partículas cargadas eléctricamente y como respuesta a las fuerzas que actúan en estas partículas debido a un campo eléctrico aplicado. Dentro de la mayoría de los sólidos existe un flujo de electrones que provoca una corriente, y a este flujo de electrones se le denomina conducción electrónica. Debido a que la corriente eléctrica se transporta por medio de iones en solución, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones.

Variación de la conductividad con la concentración En la Figura se muestra la variación de la conductividad con la concentración para distintos electrolitos. El comportamiento general es el mismo para todos los electrolitos. Existe un aumento inicial de la conductividad a medida que aumenta la concentración hasta un valor máximo, lo que se explica por existir un mayor número de iones dispuestos para la conducción. A partir de un determinado valor de concentración, la conductividad comienza a disminuir, debido a que las interacciones asociativas entre los iones dificultan la conducción de la corriente.

Figura No. 1 Relación de conductividad con la concentración de algunos electrolitos.  Conductividad de sólidos sí, no ¿Por qué? No, porque los sólidos no tienen agua " libre" que es la que se encargue del transporte de los iones Debido a que en sólidos el agua se encuentra ligada

Conclusiones Se determinó la conductividad eléctrica de diferentes alimentos líquidos y se analizo si es posible realizar dicha determinación en muestras solidas. Se evaluó la relación entre conductividad eléctrica y alteración de los alimentos con base en los valores teóricos y los valores obtenidos experimentalmente. Se analizaron los factores que influyen en la determinación de la conductividad de un líquido y su relación con la calidad que tiene el producto. Se analizó la importancia de realizar este tipo de determinaciones y de qué manera influye en la calidad del producto. La temperatura es directamente proporcional a la conductancia, ya que a mayor temperatura se tiene una mayor conductancia teóricamente, ya que como los equipos no anotamos la temperatura, experimentalmente no sabemos la relación que obtuvimos. En el caso de los valores de la tabla, con respecto a los obtenidos experimentalmente, concluimos que estos resultados posiblemente se obtuvieron de jugos, leche o alimentos no

industrializados, esto es decir que no pasaron por una dilución o algo que afectara la conductancia.

Bibliografía 1) Revista de divulgación científica, Ciencia cierta.2009 CIENCIACIERTA revista de divulgación científica. Coordinación General de Estudios de Posgrado e Investigación Dep. de Divulgación Científica.

2) Alais, C . Ciencias de la leche. CECSA, México, 1971. 23, 185pp. 3) Laboratorio Química Física I Curso 2009-2010 Clara Gómez Remedios González Rafael Viruela Universidad de Valencia: http://ocw.uv.es/ciencias/11/1teo_conductividad_nuevo.pdf 4) http://www.profeco.gob.mx/revista/pdf/est_03/bebisab2.pdf 5) http://www.hannainst.com.mx/catalogo-hannainstruments/item/medidor-de-mesa-de-ce-y-resistividad Hanna instruments catálogo, Oficina Matriz, Vainilla # 462 Col. Granjas México México, D.F. C.P. 08400 6) http://www.quiminet.com/articulos/la-conductividad-electrica-enmedios-liquidos-31422.htm 7) http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_conductancia/ke_conduc t_1.htm 8) http://www.mailxmail.com/curso-electricidadfundamentos/capacitancia

Artículo

Aplicación de tecnologías alternativas para el procesamiento de jugos de fruta CIENCIACIERTA No.27 • Julio - Septiembre 2011 Luis Ervey Chacón Garza * Facultad de Ciencias Químicas Universidad Autónoma de Coahuila Correspondencia para autor: [email protected]

Resumen En los últimos años se han desarrollado nuevos métodos de conservación de alimentos, algunos de ellos con aplicación industrial. Este desarrollo se ha dado debido a que los métodos tradicionales, causan algunos efectos indeseables en los productos, tales como deterioro de atributos sensoriales y pérdida de nutrimentos. Entre las nuevas tecnologías que buscan reducir estos efectos generando alimentos seguros y con características semejantes a las de los productos frescos se encuentran: el ultrasonido, el calentamiento óhmico, los pulsos eléctricos (PEF), y la luz ultravioleta. Por lo que el objetivo del presente trabajo es dar una introducción sobre la aplicación de estas técnicas y describir el impacto en la calidad de alimentos líquidos. Introducción En los últimos años se han desarrollado nuevos métodos de conservación de alimentos, algunos de ellos con aplicación industrial. Esto se ha dado debido a que los métodos tradicionales de conservación causan ciertos efectos indeseables en los alimentos. El método más habitual para inactivar microorganismos indeseables en la industria alimentaria es el calor, sin embargo, los tratamientos térmicos pueden alterar las propiedades organolépticas y provocar pérdidas de los componentes nutrimentales sensibles al calor como las vitaminas. Debido a esto, en la actualidad hay un gran auge en la búsqueda de tecnologías alternativas que aminoren los efectos adversos, entre las que encontramos el ultrasonido, el calentamiento óhmico, los campos de pulsos eléctricos y la luz ultravioleta de los cuales hacemos ahora una breve descripción. Ultrasonido Una de las tecnologías emergentes con aplicaciones potenciales en la reducción microbiana en la industria de jugos es el uso de ultrasonido. Ésta se ha empleado desde 1929 cuando Harvey y Loomis observaron que los microorganismos se podían inactivar con este método. La reducción microbiana es posible ya que las ondas del ultrasonido se propagan en el líquido formando micro burbujas que se colapsan entre sí violentamente. En cada onda, se liberan temperaturas de hasta 5000 ° K, y presiones arriba de los 50, 000 Mpa, provocando lisis de la membrana celular de las bacterias. A este fenómeno se le conoce como Cavitación (Tiwari et al, 2009a; Valdramidis et al, 2009), y puede reducir los microorganismos hasta 5 log10, como lo marca la norma de la Administración de Drogas y Alimentos de Estados Unidos (FDA).

Adekunte et al, en 2010 realizaron un estudio sobre la inactivación de la levadura Pichia fermentans en jugo de tomate, confirmando los resultados antedichos, que el poder del ultrasonido empleado pudo lograr la reducción de 5 log, en este caso en células de levadura.

Figura 2. La reducción microbiana es posible ya que las ondas del ultrasonido se propagan en el líquido formando micro burbujas que se colapsan entre si. Fuente: http://thehappening.com/2052/adios-al-peso-localizado La estabilidad a la sedimentación es otro de los parámetros críticos en el jugo de frutas, y está relacionado con el sabor, color y gusto. El color está relacionado directamente con el contenido nutrimental de los jugos de frutas (Tiwari et al, 2008a). Estos parámetros de calidad son afectadas por enzimas pécticas, particularmente por la pectin metil esterasa (PME), la cual es liberada durante la extracción del jugo. Esta enzima hidroliza los enlaces ester de pectina en jugos cítricos, resultando en una disminución de la estabilidad a la sedimentación (Tiwari et al, 2009b). Tiwari et al, (2009b) llevaron a cabo análisis de degradación de PME en jugo de manzana mediante ultrasonido y lograron disminuir la actividad de la PME hasta un 62 % debido a los altos niveles de densidad acústica del ultrasonido, incrementándose la estabilidad a la sedimentación de la muestra. El tamaño de partícula disminuyó significativamente debido a los efectos de las ondas de choque, y se observó que eso también afecta la sedimentación del jugo demostrándose que no sólo la actividad enzimática afecta a este parámetro. Sin embargo, aunque no se pudo inactivar completamente la PME en las condiciones del experimento, se demostró que la inactivación enzimática y el tamaño de partícula influyen en la estabilidad a la sedimentación en el jugo. Otro de los parámetros de gran importancia en los jugos, principalmente en los cítricos, es el contenido de ácido ascórbico, el cual es termolábil y muy sensible a las condiciones de procesamiento del jugo (Tiwari et al, 2009a). Varios estudios han demostrado que algunos métodos de procesamiento no térmico ayudan a la conservación de altos niveles de ácido ascórbico en relación a los tratamientos convencionales, destacando los procesos de campos eléctricos, de altas presiones, y actualmente el ultrasonido (Tiwari et al, 2009a). En 2009a Tiwari et al, en una investigación aplicando ultrasonido a jugo de naranja, observaron que el contenido de ácido ascórbico disminuyó durante almacenamiento 5% comparado con el jugo de naranja procesado mediante tratamiento térmico. Sin embargo, también observaron que el contenido de dicho ácido disminuyó significativamente al aumentar los valores de energía acústica en el tratamiento. Tiwari et al, en 2008b estudiaron el efecto del ultrasonido sobre las antocianinas y reportaron un incremento del 1-2 % de éstas en jugo de fresa aplicando bajos niveles de amplitud. En trabajo similar reportado por Masuzawa et al, en 2000, se encontró que el ultrasonido incrementó los componentes fenólicos en vino. Esto puede deberse probablemente a que las radiaciones ayudan a liberar los compuestos presentes en la pulpa de las frutas. Sin embargo,

al aplicar altos niveles de amplitud Tiwari et al, en 2008b reportaron que los niveles de antocianinas disminuían en los jugos procesados por este método, posiblemente porque la cavitación daña a este tipo de estructuras. En relación con otros parámetros, Tiwari et al, (2008a), realizaron tratamientos con ultrasonido en jugo de naranja y encontraron que no hubo cambios significativos en el pH, sólidos totales y acidez titulable, coincidiendo con lo reportado por Kim et al, en 2001 en jugo de naranja. Finalmente el propio Tiwari et al, (2008a), determinaron que el índice de sedimentación, el encafecimiento y el color fueron notablemente afectados por efecto del ultrasonido, predominando el encafecimiento no enzimático sobre la destrucción de pigmentos, aunque también hubo destrucción de pigmentos carotenoides por la sonificación de las muestras. Este es un proceso térmico en el que el calor es generado internamente en el alimento, el cual actúa como resistencia eléctrica. Ocurren cambios en la estructura celular, por ejemplo, en la membrana plasmática, variando su permeabilidad en distintos grados. A este fenómeno se le conoce como Electroporación, que se logra por la intensidad del campo eléctrico aplicado al variar el voltaje (Simpson et al, 2007). El mecanismo más aceptado de este proceso es la formación de poros en la membrana, con el consecuente intercambio molecular y el desbalance osmótico natural (Simpson et al, 2007).

Figura 3. El calentamiento óhmico es una técnica que permite calentar los alimentos desde su interior, de tal modo que no hay superficies calientes al contacto. Fuente: http://www.infoalimentacion.com/noticias/hemeroteca.asp?f=15/2/2010&ids= Los principales parámetros a considerar en el calentamiento óhmico son la temperatura, el tamaño de partícula y concentración de éstas (Kim et al, 1996, Sastry y Salengke, 1998). Según Zareifard et al, 2003 largos tiempos de calentamiento se asocian con sistemas alimenticios de baja conductividad eléctrica. Ésta incrementa linealmente con la temperatura y disminuye con el tamaño de partícula y el incremento en la concentración. Lima y Sastry (1999) y Wang y Sastry (2000) encontraron un aumento en la extracción en el jugo de naranja, utilizando el calentamiento óhmico como pretratamiento. Además, encontraron que el jugo de las muestras pretratadas no presentó diferencias en color o claridad en comparación con el jugo obtenido de manera natural. La utilización del calentamiento óhmico combinado con otras tecnologías como la deshidratación osmótica, es un método promisorio debido a los buenos resultados obtenidos en el tratamiento de jugos, pero lamentablemente tiene como desventaja que los tiempos de proceso son muy largos y hacen poco práctica su aplicación industrial (Simpson et al, 2007). Campos de pulsos eléctricos (PEF) En la tecnología de campos de pulsos eléctricos (PEF), el alimento se somete a la acción de un campo eléctrico de alta intensidad, durante periodos cortos de tiempo, del orden de milisegundos y de forma intermitente de modo que no se produzca un aumento importante en

la temperatura (Raso et al, 1999). En este proceso ocurre un significativo aumento de la conductividad eléctrica y la permeabilidad de la membrana plasmática celular causado por un campo eléctrico aplicado externamente. Este fenómeno se conoce como Electroporación o Electropermeabilización (Sanchez-Vega et al, 2009).

Figura 4. Diagrama de los principales componentes Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Electroporaci%C3%B3n

de

un

electroporador.

Cuando el voltaje que permea una membrana plasmática excede su rigidez dieléctrica se forman poros. Si la fuerza del campo eléctrico aplicado o la duración de la exposición al mismo se eligen apropiadamente, los poros formados por el pulso eléctrico se sellan tras un corto período, durante el cual los compuestos extracelulares tienen la oportunidad de entrar a la célula. Sin embargo, una exposición excesiva de células vivas a campos eléctricos puede causar apoptosis o necrosis, es decir, pueden provocar la muerte celular. Se ha demostrado que la aplicación de pulsos eléctricos tiene un mayor efecto en la inactivación microbiana de levaduras que de bacterias, probablemente debido al tamaño de las células. Así mismo se ha observado que tiene un mayor efecto sobre células gram negativas que sobre gram positivas, desconociéndose aún las razones de esto (Sanchez-Vega et al, 2009). En cuanto a los cambios en las propiedades físicas y químicas de los alimentos, se ha encontrado que los PEF no causan cambios aparentes en el jugo de manzana, cidra, naranja, leche y sopa de chicharos (Csershalmi et al, 2006). Los principales parámetros a controlar durante la aplicación del PEF son: fuerza del campo eléctrico, forma del pulso, número de pulsos, frecuencia, resistencia del medio de tratamiento, y energía del pulso. Además hay que tener en cuenta los componentes del equipo, su grado de seguridad para el manejo así como el diseño de la cámara de tratamiento, y conocer el tipo de material a tratar, porque de esto también dependerá si la cámara es estática o de flujo continuo. Todo esto para asegurar mejores resultados en cuanto a seguridad y calidad del alimento (Raso et al, 1999). Algunos alimentos que están siendo procesados por PEF de manera experimental para elevar su vida de anaquel, son jugos de naranja, manzana, arándano y piña, así como sopa de chícharos, yogurt y huevo líquido. El jugo de manzana procesado por la compañía Krupp Maschinentechnik GmbH (Hamburgo, Alemania) presentó una vida de anaquel a temperatura ambiente de 28 días (Calderón-Miranda et al, 1998). En el jugo de naranja refrigerado se ha logrado una vida de anaquel de 8-12 semanas desde el punto de vista de calidad y de 3-6 meses desde el punto de vista microbiológico, en comparación con el jugo de naranja fresco refrigerado que presenta una vida de anaquel de 10-14 días (Calderón-Miranda et al, 1998).

Figura 5. El uso de pulsos eléctricos en el tratamiento de conservación de alimentos permite una efectiva inactivación microbiana

Fuente: http://www.directoalpaladar.com/tecnologias-de-conservacion/las-nuevas-tecnologiasen-la-conservacion-de-alimentos Gracias al potencial de las tecnologías alternativas para inactivar enzimas endógenas presentes en los jugos de frutas, se han realizado algunas pruebas con la finalidad de inactivar aquellas que son responsables de características sensoriales indeseables, como el oscurecimiento y la turbidez de los jugos. En este sentido Sanchez-Vega et al, 2009 realizaron la inactivación de polifenol oxidasa de jugo de manzana mediante la aplicación de esta tecnología. Csershalmi et al, 2006, investigaron la influencia del PEF sobre las propiedades físicas y químicas de los jugos cítricos de naranja, limón y toronja, como pH, grados brix, conductividad eléctrica, viscosidad, encafecimiento no enzimático, hidroximetil furfural, color, ácidos orgánicos y compuestos volátiles, observando que no hubo diferencias significativas entre los jugos con el tratamiento con PEF y los jugos sin tratar, en cuanto a ° Brix, pH, conductividad, viscosidad, NEB, hidroximetil furfural. En cuanto al color hubo diferencias muy pequeñas entre las muestras, sólo se observaron diferencias en el contenido de compuestos orgánicos como las vitaminas, y en cuanto a los compuestos volátiles responsables del aroma y sabor los cambios fueron mínimos, aunque faltan más estudios sobre el aspecto sensorial, de eliminación microbiana y evaluar completamente el impacto de los PEF en los jugos cítricos Luz ultravioleta (UV) El tratamiento con luz ultravioleta (UV) es un método de desinfección que puede ser aplicado para inactivar una gran cantidad de microorganismos en alimentos. Como el tratamiento puede ser llevado a cabo a bajas temperaturas, se agrupa dentro de los tratamientos no térmicos (Tran y Farid 2004). Manejada con precaución es una tecnología simple de utilizar y muy letal con la mayoría de los microorganismos. Las longitudes de onda entre 220 y 300 nm son consideradas germicidas de microorganismos: bacterias, virus, hongos y levaduras, debido a que la radiación ultravioleta es absorbida por el ADN causando efectos mutagénicos, letales para los microorganismos. Estos efectos se dan por el entrecruzamiento que se da entre nucleótidos con bases de pirimidinas que eventualmente causan la muerte de la célula (Sizer y Balasubramaniam, 1999).

Figura 6. El tratamiento con radiaciones UV es una de las Nuevas Tecnologías de Conservación de los Alimentos Fuente: http://www.esebertus.com/blog/2009/12/14/luz-uv-nuevas-tecnologias-deconservacion-de-alimentos/ El más alto efecto germicida es obtenido entre los 250 y 270 nm (Tran y Farid 2004, GuerreroBeltrán y Barbosa-Cannovas, 2005). En la actualidad, debido a estos efectos germicidas, se utilizan lámparas de luz ultravioleta para la desinfección de superficies, agua, bebidas y algunos productos alimenticios. Las bacterias suspendidas en el aire son más sensibles a las radiaciones ultravioleta que las bacterias presentes en medios líquidos, a causa del diferente poder de penetración de la radiación en las distintas superficies. Aun así, la luz ultravioleta ha sido utilizada en diferentes jugos como un método de pasteurización no térmica. Guerreo-Beltrán y Barbosa-Cannovas en 2005 obtuvieron buenos resultados en la pasteurización de jugo de manzana utilizando radiación ultravioleta por 30 minutos, disminuyendo significativamente los niveles de E. coli innocua inoculada intencionalmente en el jugo.

Figura 7. La luz ultravioleta se aplica a los jugos para pasteurizarlos sin necesidad de aportar calor, en algunos casos, se evita la adición de agentes de preservación Fuente:http://aplicaciondelainformaticaenlaquimica.blogspot.com/p/uso-de-la-tecnologia-en-laquimica_29.html En 2004 Tran y Farid reportaron que la luz ultravioleta resultó ser efectiva en la reducción de microorganismos aerobios totales, así como de mohos y levaduras en el jugo de naranja. La energía requerida por UV fue menor que la del tratamiento térmico convencional. Así mismo se observó que la vida de anaquel del jugo fresco se extendió dos días más después de la aplicación del tratamiento UV. Sin embargo, se encontró que la vitamina C del jugo reconstituido disminuyó un 12 % al aplicar la luz ultravioleta. Alonzo y Nakano en 2009 determinaron que la Listeria monocytogenes es uno de los organismos más resistentes a la radiación ultravioleta en jugo de manzana. Barbosa- Cannovas en 2005, reporta resultados similares al comparar la inactivación en jugos de Listeria innocua con E. coli, determinando que la primera fue más resistente a la inactivación. Se ha determinado también que no existen diferencias significativas entre la reducción de Salmonella enteritidis y la E. coli O157:H7, la cual es uno de los organismos más susceptibles a este tipo de radiación (Alonzo y Nakano, 2009 y Yaun et al, 2004). Referencias bibliográficas 1. Adekunte, A., B.K. Tiwari, A. Scannell, P. J. Cullen and C. O'Donnell. 2010. Modelling of yeast inactivation in sonicated tomato juice. International Journal of Food Microbiology 137:116120 2. Alonzo A. G. and H. Nakano. 2009. Inactivation of Salmonella, E. coli and Listeria monocytogenes in phosphate-buffered saline and apple juice by ultraviolet and heat treatments. Food control 20: 443-446 3. Calderón-Miranda, M. L., M. F. González, G. V. Barbosa-Cánnovas and B. G. Swansons. 1998. Métodos no térmicos para procesamiento de alimentos: variables e inactivación microbiana. Braz. J. Technol. Campinas 1 (1,2): 3-11 4. Csershalmi. Z., A. Sass-Kiss, M. Tóth-Markus and N. Lechner. 2006. Study of pulsed electric field treated citrus juices. Innovative Food Science and Emerging Technologies 7:49-54 5. Guerrero-Beltrán. J. and G. B. Barbosa-Cánovas. 2005. Reduction of saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli and listeria innocua in apple juice by Ultraviolet light. Journal of Food Process Engineering 28: 437452.