Aplicación de Campos Magnéticos Oscilantes (CMO) para la conservación de alimentos PDF

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Los campos magnéticos oscilantes (CMO) han sido una de las tecnologías emergentes para la conservación de alimentos estudiadas, gracias a que estudios han demostrado que permiten una inactivación microbiana sin dañar el producto....

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FUNDAMENTO. Los campos magnéticos oscilantes (CMO) han sido propuestos como otra de las tecnologías emergentes dentro de los procesos no térmicos. La utilización de los CMO para la inactivación de microorganismos tiene el potencial de pasteurizar alimentos con una mejora en la calidad y en la vida de anaquel, en comparación con los procesos convencionales de pasteurización (Fernández et al., 2001). En tal sentido, las investigaciones están encaminadas a observar su comportamiento bajo el efecto de un campo magnético externo provocado por el hombre y en condiciones controladas. Para comprender mejor los resultados obtenidos puede tomarse como referencia el efecto conocido de la temperatura sobre los microorganismos, ya que es bien aceptado que a mayor temperatura, mayor efecto inhibitorio. Pero, ¿qué es un campo magnético? Un campo magnético es la región en la que un cuerpo es capaz de magnetizar las partículas a su alrededor. Éstos pueden ser estáticos (CMS) u oscilantes (CMO). Los campos estáticos son aquellos cuya fuerza es constante en el tiempo, y pueden ser producidos con magnetos permanentes o con electromagnetos de corriente directa. Los CMO, por su parte, son generados mediante electromagnetos de corriente alterna, y su intensidad varía de manera periódica dependiendo de la frecuencia y del tipo de onda del magneto. Estos campos, generados por pulsos, son de naturaleza electromagnética asociados con un componente de campo eléctrico capaz de inducir corrientes eléctricas en sistemas biológicos estacionarios (KOVACS et al., 1997). De igual manera, un campo magnético puede ser homogéneo o heterogéneo. En los homogéneos la intensidad del campo (B) es uniforme en el área envuelta por el campo magnético mientras que en un campo magnético heterogéneo, B no es uniforme con las intensidades, disminuyendo así como las distancias del centro del alambre aumentan. Los campos magnéticos oscilantes, aplicados en forma de pulsos, invierten la carga en cada pulso pero también la intensidad de cada pulso disminuye con el tiempo en un 10% de la intensidad inicial (Pothakamury et al., 1993). La fuerza de un campo magnético (H) se mide en Oersteds, unidad definida como una línea de fuerza por cm2; mientras que la densidad de flujo magnético (B) se mide en Teslas (o Gauss). Los CMO de alta intensidad se encuentran en miles de Gauss y mayores. La inactivación de microorganismos requiere el uso de OMF de alta intensidad, 5-50 Teslas (1 Tesla=10.000 Gauss). Dichos campos pueden ser generados mediante el uso de bobinas

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superconductoras, bobinas que producen campos de corriente directa, y bobinas energizadas por la descarga de energía almacenada en un capacitor (Calderón et al., 1999).

PROCESO TECNOLÓGICO. Descripción del Proceso. Un simple pulso de intensidad de 5 a 10 tesla (T) y frecuencia de 5 a 500 kHz se aplica generalmente para reducir el número de microorganismos por lo mínimo en dos ciclos logarítmicos (Barbosa-Cánovas y col., 1996). Los campos magnéticos oscilantes de esta magnitud se pueden generar utilizando: (1) alambres superconductores; (2) alambres que producen campos DC; o (3) alambres energetizados por la descarga de energía almacenada en un condensador (Barbosa-Cánovas y col., 1998). En esta tecnología, el alimento va envasado en un material plástico; la temperatura durante el procesado se mantiene entre 0 °C y 50 °C. Los campos magnéticos de alta intensidad son generados de la siguiente manera: 1. 2. 3. 4.

Son generados por una corriente eléctrica que pasa a través de una bobina. Un capacitor es cargado por alto voltaje por una fuente de alimentación DC. Una corriente oscilante es producida dentro del capacitor. El campo magnético oscilante es inducido al alimento colocado dentro de la bobina magnética.

FIGURA 1. Electrical circuit for generating oschillating magnetic

fields. El Magneform Serie 7000TM (Maxwell Laboratory, San Diego, Calif.) es un instrumento que

utiliza la energía almacenada en capacitores para generar el campo "magnético. El capacitor es cargado a partir de una fuente. Una vez que se cierra el interruptor y se completa el circuito que incluye el capacitor y la bobina, se genera una corriente oscilante entre las placas deI capacitor, la cual genera un campo magnético oscilante. La frecuencia deI CMO es determinada por la capacitancia deI capacitor y la resistencia e inductancia de la bobina. Página | 2

Conforme la corriente cambia de dirección, el campo magnético cambia su polaridad. La corriente oscilante, y en consecuencia el campo magnético, se deterioran rápidamente, disminuyendo su intensidad a un pequeño porcentaje de la intensidad original después de aproximadamente diez oscilaciones (POTHAKAMURY et aI., 1993).

FIGURA 2. Magneform Serie 7000TM.

Inactivación Microbiana. La exposición a los campos magnéticos causa estimulación o inhibición en el crecimiento y reproducción de los microorganismos. El efecto conservador se debe, fundamentalmente, a dos fenómenos: la ruptura de la molécula de ADN y de ciertas proteínas; y a la rotura de enlaces covalente en moléculas con dipolos magnéticos. Los campos magnéticos alteran el crecimiento y la reproducción de microorganismos por fenómenos tanto genéticos como bioquímicos. El efecto puede ser debido al campo magnético o al campo eléctrico inducido. Dependiendo de ambas características del campo magnético y de las porciones de los alimentos micriobiales:  

El crecimiento de microbios puede ser inhibido. no garantizado por esta técnica.

Algunos de los efectos más relevantes que tienen los campos magnéticos oscilantes sobre los microorganismos en los alimentos son los siguientes:      

Las membranas biológicas exhiben una fuerte orientación en un campo magnético. La orientación depende de la anisotropía global. Ejemplo: las proteínas asociadas a la membrana. Los campos reducen la concentración de las células malignas en el tejido animal. Los tumores disminuyen de tamaño. No ejercen ningún efecto en las velocidades de reacciones catalizadas por enzimas. Aumento espiralidad y puentes de H estabilizan a la proteína.

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Los factores que son importantes a considerar durante éste proceso son la temperatura, el pH, fuerza iónica, resistividad del alimento (mayor de 10-25 ohms-cm) y la situación de los microorganismos. Yoshimura (1989) clasificó los efectos de los campos magnéticos en: promotores deI crecimiento, inhibidores deI crecimiento. La Tabla 1 muestra algunos de los efectos de OMF observados en microorganismos.

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VENTAJAS Y LIMITACIONES. Ventajas Aplicable en alimentos envasados. Inactivación de microorganismos. Aplicable a la superficie e interior de alimentos sólidos Mínima degradación de atributos organolépticos y nutricionales

Desventajas Poco estudiado. Falta información respecto a la inactivación y resistencia de patógenos. No es posible utilizar envases metálicos La fermentación de yogur y cerveza se pueden parar. Desarrollo e implantación a largo plazo.

Los resultados reportados hasta ahora sobre el efecto que los campos magnéticos ejercen en microorganismos y en otros sistemas biológicos son contradictorios. Diferencias en las condiciones experimentales tale como la intensidad y duración de la exposición, temperatura, pH, etc. han dado lugar a resultados inconsistentes y a la imposibilidad de replicar los experimentos (Calderón et al., 1999).

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA ALIMENTICIA. Los alimentos más idóneos para someterse a este proceso de conservación son: zumos, mermeladas, frutos tropicales en soluciones azucaradas, derivados cárnicos, productos cocidos, envasados y listos para su consumo. Biotecnologías. En el mundo se emplean electromagnetizadores exteriores acoplados a bioreactores que trabajan con enzimas inmovilizadas. Un ejemplo es la inmovilización de la glucoamilasa del Aspergillus niger en partículas magnéticas de poliestireno, para producir la hidrólisis de la maltosa. Industria azucarera. Se han introducido sistemas que permiten mejorar la calidad del azúcar cruda y refinada cuando se trata el jugo filtrado de la saturación primaria por un CEM de 140-150 kA/m por 30-40 min. Industria panadera. Pueden emplearse equipos de tratamiento de agua para mejorar la cantidad y calidad del gluten crudo, la acidez final y el poder de levantamiento de la masa. Industria de bebidas. Se recomienda el empleo de ATM para aumentar la estabilidad de las bebidas carbonatadas durante el almacenamiento. La patente describe que el agua se somete a un CEM de 170-180 kA/m a velocidad del flujo de 1,0-1,5 m/s. Se filtra, se enfría a 3-4C y es sometida de nuevo al mismo campo electromagnético. Industria pesquera. Se aplicó para extraer los aceites esenciales del pescado, particularmente sardina. Según descripción de la patente, el sistema es un método combinado de CEM y posterior cocción con UHP.

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Industria láctea. El uso del electromagnetismo en la industria láctea se inició en la antigua URSS, en los años ‘70. Algunos sistemas pueden emplearse para obtener leches fermentadas de mejor calidad, ya que aumentan la viscosidad de la leche y disminuyen su tensión superficial. Industria de aceites y grasas. Existen varios métodos patentados para lograr altos rendimientos en extracción de aceite de semillas de girasol, soja y algodón, al aplicar 0,450,70 T a un flujo de 1,0-2,5 m/s, por 15-40 min, a 20-25°C. Industria confitera y aromas. Los CEM de 0, 4-0,6 T y 50 Hz también podrían emplearse en mejorar la calidad de masas de rellenos de chocolates, ya que aumentan la dispersión y proporcionan viscosidad óptima. Inactivación de microorganismos en alimentos. Actualmente existen diferentes sistemas para la inactivación de microorganismos, que utilizan CMO y envases de materiales no conductores de electricidad.

BIBLIOGRAFÍA. Calderón M. et al. (1998). Métodos No Térmicos Para Procesamiento De Alimentos: Variables E Inactivación Microbiana. Biological Systems Engineering, Washington State University - Pullman, Washington, USA. Fernández M. et al. (2001). Tecnologías Emergentes Para La Conservación De Alimentos Sin Calor. Consejo Superior de Investigaciones Científicas Licencia Creative Commons 3.0 España: http://arbor.revistas.csic.es/index.php/arbor. YOSHIMURA, N. Application of magnetic action for sterilization of food. Shakuhin Kaihatsu, 24(3):46-48, 1989. Zapata M., J. E.; Moreno O., Germán y Márquez F., Edna J 2005. Acción de un campo magnético sobre un cultivo aireado de Saccharomyces cerevisiae. Interciencia Jul Vol. 30 N? 7, 2005.

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