Centre Especial de Recerca Planta de Tecnologia dels Aliments

Aplicación de ultra alta presión de  homogenización (UHPH) a alimentos ( ) líquidos VI Escuela de Altas Presiones,  24 Mayo de 2013, Oviedo Dr Martín Buffa Dr. Martín Buffa  www.cerpta.com p

Homogenization Producir una distribución homogénea de las partículas suspendidas en un líquido.  Como? Forzando a pasar el líquido (PRESIÓN) a través de una válvula diseñada  Ó específicamente.

Disrupción de los glóbulos grasos Disrupción de los glóbulos grasos 2

1900. Primeros Homogeneizadores 900. e os o oge e ado es La homogeneización y estabilización de emulsiones de alimentos y productos lácteos  fue patentado por Auguste Gaulin y presentado al público en 1900 en la Feria Mundial  fue patentado por Auguste Gaulin y presentado al público en 1900 en la Feria Mundial de París.

1902. Gaulin 3

Objetivos primeros homogeneizadores Obj ti i h i d • Mejorar la estabilidad grasa de la leche • Contribuir a la conservación prolongada de la leche C ib i l ió l d d l l h • Complemento de la esterilización convencional Homogeneizadores convencionales actuales • Estabilización de emulsiones • Mejora del sabor  • Mejora de la textura • Aplicado en leche, nata, yogur y helados (hasta 50 MPa) 

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1980. NUEVA TECNOLOGÍA N Nace la Alta Presión Homogeneización  l Al P ió H i ió ( (HPH) ) • • • •

Presiones hasta 150 MPa Producir emulsiones más estables Mejorar la textura de los yogures Reducir algo la carga microbiana

Detalle de válvulas HPH

5

1990. Primeros prototipos de  Ultra Alta Presión Homogenización

200‐250 200 250 MPa MPa

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2003. Prototipos UHPH con doble  intensificador capaces de soportar 400 MPa Comparación diseño válvulas

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Prototipo UHPH 120 l/h. 400 MPa UHPH 120 l/h. 400 MPa del CERPTA del CERPTA‐UAB UAB

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Valorización y Comercialización tecnológica “Conocimiento” Conocimiento   UHPH

Estudios de patentabilidad:  

valorización P t t Patentes

€ (royalties)

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Características tecnología UHPH 1.

Presiones de trabajo entre 100 y 400 MPa. Desarrollo ciencia de materiales ‐ ‐ Varias empresas constructoras: Microfluidizer®, Emulsiflex®, Stansted Fluid Power.

2.

Utiliza fuerzas combinadas de cizalla, turbulencias, cavitación y altas presiones ‐ El fluido es obligado a pasar por un estrecho espacio (válvula), tras el cual éste sufre una ultrarrápida depresión. depresión ‐ Se consiguen altísimas velocidades de flujo

3.

El producto a tratar alcanza temperaturas >100º C en 0,5 segundos 10

Flujos a diferentes presiones de homogeneización

Intensidad de las turbulencias a diferentes presiones

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Incremento de temperatura Incremento de temperatura El incremento de temperatura se produce al incrementar la  p p presión de homogenización –Calentamiento adiabático debido al incremento en la  presión –Alta velocidad, turbulencia y fuerzas de corte al pasar y  salir de la válvula

Ligero efecto térmico: Tiempo de residencia 10‐4 s  (Floury et al., 2002 12

Incremento de temperatura Incremento de temperatura

(Cruz, 2008 ; Pereda, 2008; Suarez, 2011

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Indicadores daño térmico Indicadores daño térmico

(Pereda , 2008) 14

Aplicaciones de la UHPH 1. 2 2. 3. 4. 5 5.

Induce inactivación microbiana y/o enzimática Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y  estables Modifica las propiedades reológicas Conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional de los  productos Elaboración de submicro‐emulsiones Elaboración de submicro emulsiones y submicro y submicro‐nanocápsulas nanocápsulas

Datos publicados: Leche, yogurt, queso fresco, queso cheddar, licuado de soja, zumo de manzana y de naranja, emulsiones, etc.

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1. Destrucción de microorganismos (a)

(b)

Microscopía electrónica de transmisión Listeria monocytogenes inoculada en PBS  (0 01 M pH 7 2) (0.01 M, pH 7.2) (a) Células no tratadas (b, c, d) Celulas tratadas a 100, 200 and 300  MPa at 25 at 25ºC C (Vachon et al., 2002)

( ) (c)

(d)

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1. Destrucción de microorganismos

Causas

– – – –

Salto de presión repentino Torsión y corte Colisión y cavitación Incremento de temperatura d

Factores de influencia

– Composición y forma de la  célula bacteriana célula bacteriana – Temperatura, presión nivel y  número de pases a través del  equipo – Viscosidad y composición de la  matriz alimentaria matriz alimentaria 17

1. Destrucción de microorganismos A li ió Pasteurización Aplicación: P t i ió y esterilización t ili ió de d alimentos li t fluidos fl id

Orange Juice Total Count

5

Enterobacteriae

4

.

Faecal coliforms Lactobacilli

3

log cfu/mL L

Molds and yeast Psychrotrophs

2 1 0 R

100 MPa

200 MPa

300 MPa

PA

TREATMENT

Effect of Ultra High Pressure Homogenisation (100, 200, 300 MPa) with  temperature inlet at 4 ºC and single stage treatment on raw apple juice temperature inlet at 4 ºC and single‐stage treatment on raw apple juice  (R). Comparison with pasteurisation (PA). 18

1. Destrucción de enzimas A li ió estabilidad Aplicación: t bilid d de d alimentos li t fluidos fl id Actividad poli poli‐metil metil estearasa (PME) en zumo de naranja

Velázquez, 2011 V lá 2011 19

1. Destrucción de enzimas A li ió estabilidad Aplicación: t bilid d de d alimentos li t fluidos fl id Actividad p poli‐fenil oxidasa ((PPO)) en zumo de manzana

Suárez, 2011 ,

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Aplicaciones de la UHPH 1. 2 2. 3. 4. 5 5.

Induce inactivación microbiana y/o enzimática Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y  estables Modifica las propiedades reológicas Conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional de los  productos Elaboración de submicro‐emulsiones Elaboración de submicro emulsiones y submicro y submicro‐nanocápsulas nanocápsulas

Datos publicados: Leche, yogurt, queso fresco, queso cheddar, licuado de soja, zumo de manzana y de naranja, emulsiones, etc.

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2. Tamaño de partícula A li ió Homogeneización Aplicación: H i ió y preparación ió de d emulsiones li estables t bl Microscopía Laser confocal: Rotura de glóbulos grasos Laser confocal: Rotura de glóbulos grasos

No tratada

300+30 MPa (dos etapas) Tamaño de partícula  0.3-0.4 m 22

2. Tamaño de partícula A li ió Homogeneización Aplicación: H i ió y preparación ió de d emulsiones li estables t bl

Zamora, 2009 23

2. Tamaño de partícula A li ió Homogeneización Aplicación: H i ió y preparación ió de d emulsiones li estables t bl TEM of Raw milk sample

C Casein i micelles i ll

300 MPa (30 (30ºC) C)

15 000 x augmentations 15,000

Fat globules 24

2. Tamaño de partícula A li ió Homogeneización Aplicación: H i ió y preparación ió de d emulsiones li estables t bl TEM of Raw milk sample

C Casein i micelles i ll

300 MPa (30 (30ºC) C)

100 000 x augmentations 100,000

Fat globule membrane 25

Aplicaciones de la UHPH 1. 2 2. 3. 4. 5 5.

Induce inactivación microbiana y/o enzimática Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y  estables Modifica las propiedades reológicas Conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional de los  productos Elaboración de submicro‐emulsiones y submicro‐nanocápsulas Elaboración de submicro‐emulsiones y submicro‐nanocápsulas

Datos publicados: Leche, yogurt, queso fresco, queso cheddar, licuado de soja, zumo de manzana y de naranja, naranja emulsiones, emulsiones etc. etc

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5. Submicro‐emulsiones Aplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado Aplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado Emulsiones de aceite (20%) en agua a partir de una mezcla de aceites de girasol y oliva  (15+5%) y caseinato sódico (1,5% p/p). UHPH 50‐300 Mpa a T i25ºC.

Excelente estabilidad física  (control presenta cremado y  (control presenta cremado y coalescencia)

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5. Submicro‐emulsiones Aplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado Aplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado

TEM images  of sodium caseinate (1.5 %) O/W emulsions  stabilized by colloidal mill (E) and UHPH emulsions at 200 MPa (C) stabilized by colloidal mill (E) and UHPH emulsions at 200 MPa

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5. Submicro‐emulsiones Aplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado Aplicación: Emulsiones de aceites vegetales o de pescado

Mejor estabilidad oxidativa.   Hebishy, 2011 29

TEM de nanocapsules TEM de nanocapsules

1. 2. 3. 4. 5.

Aromas  Medicamentos Compuestos funcionales Cosméticos … 30

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Aplicaciones de la UHPH 1. 2. 3. 4. 5.

Induce inactivación microbiana y/o enzimática Cambia el tamaño de partícula y produce emulsiones muy finas y  estables bl Modifica las propiedades reológicas Conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional de los  productos Elaboración de submicro‐emulsiones y submicro‐nanocápsulas

Ventajas: – – – – – –

Sistema continuo. Posibilidad de envasado aséptico  p Economía de energía Higiénico de fácil limpieza y desinfección  Nuevas texturas e incremento de la calidad y rendimiento Nuevas texturas e incremento de la calidad y rendimiento Conserva nutrientes Desarrollo de nuevos productos 32

MUCHAS GRACIAS! MUCHAS GRACIAS! Martin buffa@uab es [email protected] http://es.linkedin.com/pub/martin‐buffa/9/bb1/322 

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