hacia dónde va la industria alimentaria: Artículos Técnicos

Estimado/a asociado/a:

Para ainia la transferencia y difusión del conocimiento es fundamental y forma parte de nuestra propia razón de ser y cultura corporativa. Por ello, aportamos a continuación una serie de contribuciones científico-tecnológicas elaboradas por algunos de nuestros tecnólogos que dan claves sobre diferentes temas de interés para la industria alimentaria. El contacto directo con el mercado y las empresas para las que trabajamos y a las que servimos nos permite detectar los temas que más preocupan y a la vez interesan al sector. Además, la prospectiva industrial que continuamente hacemos nos ayuda a prever hacia dónde se encaminará la I+D alimentaria en los próximos años. Todo esto lo hemos tenido en cuenta a la hora de realizar esta selección, que pretende en un futuro ampliarse con nuevas temáticas y contenidos. En total, se recogen ocho artículos técnicos que abarcan aplicaciones muy diversas, porque diversas son también las necesidades, problemáticas, potencialidades y oportunidades de los sectores industriales agroalimentarios a los que ainia aporta valor con su I+D+i. Por un lado, hay artículos orientados a la obtención de nuevos productos y explotar nuevos mercados. Recogemos dos artículos muy interesantes en estas cuestiones, uno sobre los llamados "alimentos funcionales" y otro sobre la evolución y tendencias de la IV y V Gama. Por otro lado, se abordan aspectos relacionados con nuevas tecnologías de proceso y mejora de la calidad. En este sentido, entendemos que el enorme potencial que existe en la utilización de sensores para la detección de cuerpos extraños en alimentos envasados bien se merece un hueco en la selección, al igual que ocurre con la posibilidad de aplicar las últimas tecnologías existentes en el campo de los biosensores para la detección de plaguicidas. En el tema de tecnologías de procesado, también consideramos importante aportar información sobre la recuperación de principios activos de materias primas infrautilizadas a partir de tecnologías extractivas de última generación. Finalmente, se recogen también artículos que hacen referencia a cuestiones medioambientales. Especial interés en este punto tienen tres artículos; uno de ellos profundiza en la utilización del ozono como agente desinfectante en la industria vinícola; otro da claves sobre el aprovechamiento de residuos cítricos y ganaderos para la producción de biogás agroindustrial; y el otro incide sobre la degradación biológica de polímeros mediante la selección y producción de potenciales cultivos iniciadores. Todos ellos, con sus matices, pueden hacerse extensivos en cuanto a oportunidades tecnológicas a otros sectores alimentarios para incidir de manera positiva en los aspectos medioambientales de la producción. Con el convencimiento de que la información técnica que a continuación le ofrecemos le será de gran utilidad,

Reciba un cordial saludo,

Miguel Blasco Director de I+D

9

Impacto ambiental de las operaciones de limpieza y desinfección de depósitos en la industria vinícola y mejoras ambientales a través del uso de ozono como agente desinfectante Andrés Pascual. Jefe del Departameto de Calidad y Medio Ambiente Albert Canut. Técnico del Departameto de Calidad y Medio Ambiente

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Pasado, presente y futuro de la detección de plaguicidas mediante biosensores Ricardo Díaz. Jefe del Departameto de Instrumentación y Automática

27

Aprovechamiento integral de estiércol de vacuno mediante co-digestión anaerobia con residuos cítricos: producción de biogás y uso del digerido como fertilizante Andrés Pascual. Jefe del Departameto de Calidad y Medio Ambiente Begoña Ruiz. Técnico del Departameto de Calidad y Medio Ambiente

37

Alimentos funcionales Blanca Viadel. Técnico del Departameto de Nuevos Productos

42

Evolución de las últimas novedades alimentarias en hortofruticultura derivadas de las nuevas demandas de consumo así como del I+D: los productos alimenticios de la IV y V gama José Enrique Carreres. Jefe del Departamento de Nuevos Productos

51

Aplicación de la extracción supercrítica a la recuperación de principios activos de materias primas infrautilizadas Elvira Casas. Técnico del Departameto de Ingeniería y Procesos

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Aplicación de nuevas técnicas para la detección de cuerpos extraños en alimentos envasados Ricardo Díaz. Jefe del Departameto de Instrumentación y Automática

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Degradación Biológica de Polímeros Mediante la Selección y Producción de Potenciales Cultivos Iniciadores Mercedes Villa. Técnico del Departameto de Ingeniería y Procesos Victoria Capilla. Tecnico del Departameto de Ingeniería y Procesos José A. Garde. Técnico del Departameto de Envases J. Daniel Rivera. Tecnico del Departameto de Ingeniería y Procesos

Resumen Las operaciones de limpieza y desinfección son operaciones clave en las bodegas por razones de seguridad alimentaria y por la propia calidad del producto, eliminando el riesgo de proliferación de bacterias indeseables, contaminación química y contaminaciones cruzadas. Dentro de estas operaciones, la limpieza de tanques y otros equipos cerrados es, en bodega, una de las operaciones más frecuentes debido a la gran cantidad de trasiegos que se hace del vino durante su elaboración hasta el embotellado final. Diversos productos químicos son utilizados para estas operaciones (ácidos, productos alcalinos y desinfectantes). Estas operaciones exigen altos consumos de agua para el enjuague de los equipos y asegurar que no quedan restos en las superficies que puedan pasar al vino. Las aguas de limpiezas son vertidas contaminadas con restos de producto y los propios agentes químicos utilizados para la limpieza. Así, razones ambientales y de seguridad alimentaria exigen el desarrollo de nuevos sistemas de limpieza y desinfección de equipos que, además de eficientes desde el punto de vista higiénico, sean medioambientalmente más respetuosos. En este sentido el ozono, puede resultar una herramienta útil en las bodegas dadas sus propiedades oxidantes y capacidad antimicrobiana de amplio espectro con potenciales ventajas medioambientales. Por otro lado, si bien, es conocido que en las bodegas la limpieza y desinfección de equipos cerrados es una de las operaciones con mayor impacto ambiental tal y como queda recogido en el Documento Europeo sobre Mejores Técnicas Disponibles (MTDs) en la Industria de Alimentos, Bebidas y Leche no hay datos concretos de referencia respeto al impacto producido por este tipo de operaciones. La presente comunicación describe el progreso conseguido hasta el momento en la ejecución de un proyecte LIFE de demostración cuyo objetivo es contribuir a la reducción del impacto ambiental de las operaciones de limpieza en las empresas alimentarias a través del uso del ozono como alternativa a otros agentes químicos. Se describen las tareas realizadas, el diseño de la planta de demostración, los resultados del estudio del impacto ambiental producido por las operaciones de limpieza en diversas bodegas colaboradoras, se comenta la continuación de los trabajos y los resultados esperados. Finalmente se presenta una serie de conclusiones en torno al impacto de la limpieza y desinfección de depósitos y se comentan factores a tener en cuenta pera integrar las tecnologías

del

ozono,

posibles

beneficios

y

9

factores

a

considerar

para

su

aplicación.

Introducción Las operaciones de limpieza y desinfección son fundamentales para la industria de alimentos y bebidas por razones de seguridad alimentaria. Equipos e instalaciones son sometidos a intensas operaciones de limpieza para satisfacer los requerimientos higiénicos. El objetivo de la limpieza es eliminar restos de producto, otros posibles contaminantes y microorganismos, tanto posibles patógenos como no patogénicos cuya presencia podría afectar la calidad del producto. La manera, medios y frecuencia para realizar estas operaciones varía según el tipo de productos y los tipos de procesos. Limpieza y desinfección son dos operaciones que, en general, se hacen, por este orden, de forma sucesiva empleando agentes de limpieza y desinfección de forma separada. Los sistemas de limpieza CIP (del inglés Cleaning in Place, es decir, limpieza en sitio) se emplean para la limpieza de superficies interiores de equipos cerrados (tanques, conductos, centrífugas...). El sistema consiste en hacer circular a través del circuito de depósitos y líneas de proceso una serie de soluciones de limpieza y/o desinfección en circuito cerrado desde unos depósitos de preparación de estas disoluciones, de acuerdo con unas secuencias y unos tiempos establecidos a priori. Estos sistemas admiten un alto grado de automatización pero a menudo se operan de forma manual por parte de un operario encargado de realizar la operación. La mayoría de los agentes de limpieza utilizados son soluciones acosas ácidas o básicas. Para la desinfección hay una diversidad de productos desinfectantes que se utilizan: peróxido, peracético, productos clorados, amonios cuaternarios, etc. De forma genérica, cualquier programa de limpieza y desinfección contendrá algunos de los siguientes pasos: Enjuague inicial: con agua para eliminar de la superficie de los equipos los restos más groseros de producto que se encuentren poco adheridos a las superficies. Ciclo de limpieza: para eliminar el film residual adherido a les superficies de los equipos. El ciclo de limpieza, en función del tipo de substancias que impregnen las superficies, puede incluir: -

Lavado con solución alcalina (caliente o fría)

-

Enjuague intermedio con agua

-

Lavado con solución ácida

-

Enjuague con agua

Desinfección: desinfectante en solución acuosa de forma que les superficies son mojadas o inundadas con el desinfectante. La mayor parte de las formulaciones desinfectantes contienen agentes germicidas, substancies alcalinas, cloro, oxigeno, inhibidores de la corrosión y agentes complejantes Enjuague final con agua para eliminar cualquier resto de productos químicos. Esta agua puede a menudo ser recuperada para realizar un enjuague inicial de otro equipo o de otro ciclo. El Documento sobre Mejores Técnicas Disponibles a la Industria de Alimentos, Bebidas y Leche, presenta el alto consumo de agua y el alto volumen de aguas residuales como los aspectos medioambientales clave del sector. Aquí, se indica que este alto consumo de agua es debido, entre

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otras, a las operaciones de limpieza. En concreto, se indica grandes cantidades de agua se requieren para la limpieza y desinfección y que, de hecho, esta operación es el punto de consumo principal en muchas industrias. En particular, para el sector vinícola se añade que el agua se utiliza para refrigerar depósitos de estabilización y sobre todo en las operaciones de limpieza. En bodega, las operaciones de limpieza más importantes son las relacionadas con la limpieza de depósitos de proceso y de almacenaje así como conductos, e instalaciones donde los sistemas CIP son de aplicación y uso bien de forma manual, bien de forma automatizada. Las operaciones de limpieza constituyen el principal origen del impacto ambiental de la industria de elaboración de vino, por el alto consumo y, sobre todo, por la consiguiente generación de aguas residuales. Las aguas residuales de limpieza y desinfección contienen materia orgánica, sólidos en suspensión, nitratos, amonio y fosfatos procedentes de los restos de producto y películas eliminadas de los equipos y superficies. También se añade una alta conductividad y valores extremos de pH, e incluso toxicidad a causa de los agentes de limpieza y desinfección usados. Además, en el caso de productos clorados, estos pueden reaccionar con la materia orgánica dando lugar

a

compuestos

organo-clorados

que

pueden

ser

cancerígenos.

Así,

razones

tanto

medioambientales como de salud impulsan la búsqueda de nuevas técnicas de limpieza y desinfección alternativas a los métodos actuales que presenten un menor impacto. Sin embargo hay pocos datos de referencia del impacto ambiental producido por la actividad de la industria vinícola de forma general y menos aún del impacto producido de forma particular por las operaciones de limpieza y desinfección realizadas. De hecho, el Documento Europeo sobre MTDs en la Industria de Alimentos, Bebidas y Leche admite que existen fuertes carencias de información sobre datos relativas al impacto ambiental de operaciones de proceso, de hecho, para el sector vinícola no se dan datos. En este contexto, el ozono constituye un agente químico con un alto potencial para convertirse en una herramienta útil para la industria alimentaria en las operaciones de limpieza y desinfección con un elevado número de potenciales ventajas medioambientales respeto a otros desinfectantes usados tradicionalmente. El ozono es un gas muy inestable que se degrada rápidamente para dar oxigeno. Su utilidad reside en que es un poderoso oxidante (un 52% más fuerte que el cloro) y que posee un efecto bactericida de amplio espectro. El ozono actúa sobre los microorganismos oxidando la membrana celular y la mayoría de microbios son susceptibles a este efecto oxidante. Ahora bien, a diferencia del cloro, el ozono al reaccionar con la materia orgánica no genera derivados indeseables, ni deja residuos químicos dado que acaba degradándose en oxigeno por reacción o por degradación natural y no supone un aumento de la conductividad ni la salinidad del agua. En este campo, la administración de los Estados Unidos, tomó un importante paso a favor del uso del ozono que significa un punto de inflexión en la aceptación de su uso entre los productores de alimentos americanos: en junio de 2002 la FDA (Food and Drug Administration) formalmente va aprobó el uso de ozono “en fase gaseosa o acuosa como un agente antimicrobiano para el tratamiento, almacenaje y procesado de alimentos”. Adicionalmente, en diciembre del mismo año el “United States Department of Agriculture’s Food Safety and Inspection Service (USDA/FSIS) también aprobó el uso del ozono en contacto con carne y productos avícolas, desde materias

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primas hasta productos acabados antes de empaquetar. Anteriormente, la FDA ya había aprobado el uso del ozono para desinfectar agua embotellada y esterilizar líneas de embotellado. En Europa esta es la aplicación del ozono más conocida y ampliamente utilizada dentro de la industria alimentaria, viene gobernada por la Directiva 2003/40/CE que marca las condiciones en las que aire enriquecido con ozono puede ser utilizado para tratar aguas minerales y de manantial. Las aplicaciones del ozono más estudiadas y desarrolladas comercialmente son aquellas en las que el ozono se aplica directamente sobre los alimentos para desinfectarlos. Un gran número de estudios en Europa y Estados Unidos han demostrado su eficacia sobre todo tipo de productos (frutas, verduras, carnes, pescado, harinas, especias, huevos, cereales, etc.) y en un amplio abanico de operaciones: limpieza y desinfección de materias primas y productos tratamiento del agua de refrigeración, conservación de alimentos, entre otros (EPRI, 2000). En cuanto a la desinfección de superficies en contacto con alimentos se han reportado estudios sobre la eficacia del ozono para desinfectar superficies de acero inoxidable. Así, Green (1993) comparó la efectividad como desinfectante del agua ozonizada y un desinfectante clorado. Placas de inoxidable fueren incubadas con leche pasteurizada inoculada con Psudomonas fluorescens o Alcaligennes faecalis, el autor concluye que la ozonización es un método de sanitización efectivo con un uso potencial para la industria láctea con la ventaja de no producir subproductos indeseables como trihalometanos formados por productos clorados, además indica que el tratamiento con ozono puede conducir a ahorros en costes dado que los costes de mantenimiento son bajos. En otro estudio a escala de laboratorio, Takashaki el al (2003), comparó la eficacia del ozono gas e hipoclorito sódico como oxidantes en la limpieza de partículas de acero inoxidable impregnadas con distintas proteínas observando que el efecto del ozono sobre la eliminación de las proteínas dependía de la concentración de ozono. Cuando el pretratamiento se hacía con ozono altamente concentrado (20%) durante 30 minutos, las proteínas eran casi totalmente eliminadas de las partículas de inoxidable. Estos resultados muestran que la acción complementaria de agentes alcalinos y oxidantes ofrecen unos buenos resultados para la limpieza de películas de proteínas impregnadas y que el ozono podría ser una alternativa al hipoclorito sádico para la eliminación de proteínas sobre superficies de acero inoxidable. En sistemas CIP, el uso de agua ozonizada en lugar de agua caliente o agentes químicos antimicrobianos tradicionales, los costes globales por consumo de productos químicos se ven reducidos y también el deterioro de las instalaciones (Lowe, 2002). Además diferentes estudios indican que los sistemas CIP con ozono como desinfectante podrían ser una elección interesante para mejorar el comportamiento medioambiental de las operaciones de limpieza, así, Richard Packman and Dave Adams (2005) destacan los beneficios del ozono para reducir la cantidad de agua necesaria en la limpieza de depósitos en comparación con sistemas convencionales. Lagrange et al (2004) investigaron el uso de agua ozonizada como desinfectante en el contexto de los sistemas CIP. Los tests realizados sobre Staphylococcus aurens, Pseudomonas aeruginosa y candida albicans demostraron que mientras que el agua ozonizada posee alta capacidad desinfectante ésta puede ser inactivada por la presencia de proteínas, en consecuencia, resulta imprescindible una limpieza eficiente previa a la desinfección con agua ozonizada.

12

Shaun Porter (2002) describe la efectividad del uso de ultravioleta seguido de ozonización del agua para realizar el enjuague de botellas y tanques de fermentación en una cervecera. John McClain (2002) describe el uso del ozono para diversas operaciones de sanitización en bodegas de vino y comentan sus ventajas y las medidas de seguridad necesarias. El ozono se está empleando para la desinfección de barricas dado que es muy eficiente para la eliminación de Brettanomyces (Day, 2004). Por último cabe señalar que el ozono evita la presencia de substancies como el tricloranisol (TCA). Materiales y métodos Los trabajos descritos en este documento forman parte de un proyecto Life de Demostración cuyo objetivo es contribuir a una reducción del impacto ambiental producido por las operaciones de limpieza y desinfección en la industria alimentaria a través del uso del ozono como agente desinfectante alternativo. Las tareas de demostración se centrarán en tres sectores clave: cervecero, lácteo y vino. Las tareas previstas para conseguir los objetivos son: A. Acciones preliminares: realización de estudios específicos sobre Documentos vigentes sobre MTDs, técnicas CIP, tecnología del ozono, estudio de factores no ambientales y, realización de estudios de campo en empresas colaboradoras para obtener datos reales del impacto ambiental

producido

por

la

limpieza

y

desinfección.

Consiguiéndose

la

base

de

conocimiento multidisciplinar necesaria para desarrollar las etapas posteriores. B. Diseño y construcción de una planta de demostración: la cual ha de permitir la simulación de protocolos convencionales y ensayar protocolos alternativos con agua ozonizada. C. Tareas de demostración: realización de los ensayos y obtención de datos comparativos sobre eficacia e impacto ambiental. D. Evaluación de resultados: establecimiento de indicadores de consumo de agua, producción de aguas residuales, consumo energético, eficiencia en la limpieza, etc. E.

Diseminación de resultados: www.ozonecip.net

Actualmente las tareas A i B han concluido. Para la realización del proyecto la planta de demostración es una pieza clave. La planta consta de tres subsistemas: planta CIP, sistema de generación de agua ozonizada y el equipo objeto de limpieza: (figura 1) Water in

1

2

3

7

4

Drain

5

6

Figura 1. Esquema de la planta de demostración.

13

1 Agua 2 Solución alcalina 3 Solución ácida 4 Agua ozonizada 5 Inyección de desinfectante 6 Sistema de ozonización 7 Depósito

Resultados Limpieza y desinfección de depósitos en industrias vinícolas El tipo de sustancias que ensucian los equipos de una bodega consisten fundamentalmente en restos de zumo de uva, restos de vino y películas adheridas a las paredes de los depósitos. En particular: -

Residuos

minerales:

básicamente

el

bitartrato

potásico

que

precipita

durante

la

fermentación del vino cuando se produce su refrigeración. -

Residuo orgánico: residuo seco procedente de restos de mosto, vino o film biológico generado. Se pueden encontrar

compuestos colorantes, taninos, proteínas, ácidos

orgánicos, azúcares y microorganismos (levaduras, bacterias lácteas i acéticas, hongos). Los ácidos orgánicos y lo azúcares son solubles en agua y los tartratos son solubles en soluciones alcalinas. A menudo, la desinfección se hace con agua caliente a 65-75 ºC a pH en torno a 2,8 usando acido cítrico o soluciones de SO2 o sencillamente con agua caliente a 90ºC. En bodega, los sistemas de limpieza CIP pueden utilizarse para la limpieza de barriles, tanques de todo

tipo

(almacenaje,

fermentación,

estabilización),

conductos,

centrífugas,

filtros,

intercambiadores de calor, etc. Sin embargo, en muchas bodegas, la limpieza de depósitos es la operación de limpieza más significativa y frecuente y en algunas, durante largos espacios de tiempo, la única operación. Esto se debe a la gran cantidad de trasiegos que hay que realizar en los sucesivos

pasos

para

la

elaboración

del

vino

(clarificación

por

gravedad,

fermentación,

estabilización en frío, filtrado, etc.). Así, la limpieza de depósitos se convierte en el punto más significativo, cando no el único, de generación de aguas residuales en las bodegas. Un procedimiento de limpieza de depósitos en bodegas podría resumirse en los siguientes pasos:

1.

Enjuague inicial con agua. Se realiza un primer enjuague del depósito con un pequeño volumen de agua a presión para extraer los restos de producto y/o líes que puedan quedar en el fondo de los depósitos y la suciedad poco adherida a las paredes. Estas aguas a menudo pueden ser recogidas para aprovechamiento de su grado alcohólico.

2.

Lavado del depósito con solución detergente o desinfectante que se hace circular en circuito cerrado durante un cierto tiempo. Una vez que el ciclo ha acabado la solución suele ser vertida a los drenajes. Los productos utilizados para esta finalidad suelen ser soluciones de sosa, de hipoclorito sódico y desinfectantes como el ácido peracético. Algunas bodegas desinfectan con agua en torno a 80ºC. La solución alcalina de lavado puede ser reutilizada, esta solución se emplea especialmente cuando hay deposición de tartratos, especialmente en los tanques de estabilización fría. La solución puede ser gestionada para recuperación de tártaro por terceros.

3.

Enjuague final con agua en circuito abierto y vertido de las agua a drenajes.

14

Con frecuencia, en bodega solo se aplica los pasos 1 y 3 descritos, y con relativa frecuencia sólo el 3. El paso 2, en muchas bodegas, se realiza ocasionalmente y/o en función de la inspección visual del estado del depósito. El diagrama de flujo del proceso anterior se representa en la figura 3:

Agua de aporte

Circuito cerrado

Enjuague inicial: recuperación de alcohol Solución alcalina: reutilización y recuperación tartratos Vertido enjuague final

Descarga de solución desinfectante

Figura 2. Flujo de las operaciones de limpieza y desinfección de depósitos

Aunque los sistemas de limpieza CIP automatizados son de total aplicabilidad para la realización de estas operaciones, en nuestras bodegas todavía se efectúa la limpieza de forma manual, controlando el proceso en todo momento por un operario que decide el tiempo de circulación según sus apreciaciones y experiencia. Además también es frecuente el uso de equipos móviles (bomba de circulación, bola de limpieza) que van insertándose cada vez en el tanque objeto de limpieza. Impacto ambiental de las operaciones de limpieza y desinfección en bodegas El Documento Europeo de Referencia sobre Mejores Técnicas Disponibles en la Industria de Alimentos, Bebidas y Leche, contempla el consumo de agua como uno de los aspectos medioambientales más relevantes de todo el sector donde grandes volúmenes de agua se consumen para realizar las operaciones de limpieza y desinfección. Aquí, se indica que en muchas instalaciones esta operación es el principal punto de consumo, como así ocurre en el sector vinícola. A pesar de reconocer que en este sector estas operaciones consumen prácticamente toda el agua utilizada en las bodegas, no se dan valores de referencia de consumo de agua en la industria vinícola ni de carácter global ni, menos aún, relativos a las operaciones de limpieza y desinfección particulares. Cabe diferenciar entre bodegas dedicadas a la elaboración de vino a partir del uvas y las dedicadas a finalizar el proceso de vinificación y embotellar a partir de vino elaborado en los primeras. Las primeras centran su actividad durante los meses coincidentes y posteriores a la vendimia, con limpiezas puntuales según se produzcan trasiegos entre depósitos durante la clarificación o se vacíen depósitos para suministrar producto a embotelladores. En cambio los embotelladores

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mantienen una actividad similar a lo largo de todo el año consumiendo mayores cantidades de agua debido a la limpieza de las líneas de embotellado. La tabla1 muestra valores de consumo específico de agua en bodega a partir de datos de diversas bodegas de València y Catalunya: m3 agua consumida/m3 vino producido Elaboradores

0.09-0,37

Embotelladores

0,35-1,23 Tabla1. Consumo específico de agua en bodegas

Las aguas de limpieza en bodegas constituyen el principal, cuando no el único, origen de las aguas residuales generadas. Durante gran parte del año en un gran número de bodegas, de hecho, el único vertido es el originado por la limpieza de depósitos. Las aguas residuales más contaminadas se producen durante la fermentación, clarificación y envejecimiento del vino debido al lavado de lías, sedimentos y restos de producto en las instalaciones. Si los sólidos depositados en el fondo de tanques no son segregados adecuadamente y se produce su vertido, las aguas de limpieza presentan una carga orgánica extrema que llega a 500.000 mg O2/L de DBO5. Incluso habiendo realizado las recuperaciones adecuadas las aguas presentan un carácter ácido con un pH entre 4 i 6 a excepción de las soluciones cáusticas de limpieza de tartratos que presentan un pH superior a 12 y extremos valores de conductividad. En cualquier caso las aguas de limpieza se encontraran contaminadas con restos de producto y las soluciones de limpieza utilizadas (ácidos, álcalis y desinfectantes). Para darse cuenta de la importancia de la carga transferida a las aguas por los restos de producto acumulados en fondos de deposito y conductos considérense los siguientes valores analíticos de la carga orgánica de muestras de producto:

pH

Cond (mS/cm)

DQO(mg/L)

N (mg/L)

PO4-P (mg/L)

Vino tinto

3,41

2,10

171.000

580

90

Vino rosado

3,43

2,31

176.000

520

100

Vino blanco

3,62

2,34

183.500

520

90

Tabla2. Características analíticas de muestras de producto

Así, considerando que los restos de vino presenten una DQO en torno a 175.000 mg O2/L i considerando que el límite de vertido para este parámetro a colector es sitúa en 1000 mg/L en general, tendríamos que cada litro de vino contamina 175 litros de agua para situarse bajo los límites de vertido.

16

En el Documento Europeo sobre MTDs podemos encontrar esta tabla de valores de características principales de las aguas residuales generadas en distintas etapas del proceso de elaboración del vino:

Fermentation

Ageing/racking

Barrel

Cellar 1

Cellar 2

Cellar 3

Cellar 1

Cellar 2

Cellar 3

cleaning

pH

4.86

4.61

6.17

3.71

3.90

3.70

4.30

Conductivity(
S/cm)

893

641

531

1452

1377

1938

863

5249

2286

5925

22428

16210

66986

2401

TSS (mg/l)

444

452

205

4700

4490

31700

18

TKN (mgN/l)

51.5

40.9

35.9

239

279

1288

51.8

N-NH4 + (mgN/l)

7.86

7.28

13.1

34.3

33.1

154

11.2

P-PO4 3- (mg/l)

13.6

10.6

10.6

21.2

26.6

101

1.10

BOD5 (mgO2/l)

3000

1900

3000

6000

9000

42500

1250

COD (mgO2/l)

Tabla 3. Características de les aguas residuales de una bodega de vino tinto: un ejemplo (134, AWARENET, 2002)

La tabla 4 muestra el orden de magnitud de les características de las aguas residuales globales de bodegas, diferenciando entre elaboradores y embotelladores, los datos se han obtenido a partir de muestreos efectuados en bodegas valencianas:

Paràmetro

Elaborador

Embotellador

pH

4,06 -8,01

7,21 – 8,14

Conductivity (μS/cm)

429 – 5090

525 - 2000

10 – 948

46 - 104

BOD5 (mg O2/l)

36 – 16296

20 - 782

COD (mg O2/l)

76 -30750

32 - 1245

2,2 – 82

10

5-8

>20000

110

6-8

1100-

600-

2700

1100

1100-

10-

2600

150

(*) toxixidad > 1000 U.T en todas las muestras analizadas. Tabla 7. Características analíticas de las aguas de limpieza y desinfección de depósitos

Continuación de los trabajos y resultados esperados La tarea C de demostración comienza ahora con cuya ejecución se espera recopilar datos que permitan obtener indicadores que muestren las diferencias en el resultado medioambiental derivado de las

operaciones

de limpieza

con

agua

ozonizada

frente a

las

operaciones

convencionales en relación a consumo de agua, consumo de energia, contaminación de las aguas y eficacia en la limpieza y desinfección, de forma que las ventajas medioambientales queden demostradas y la consideración del sistema como una MTD pueda ser contemplada. Los beneficios medioambientales esperados son: -

Reducción del consumo de agua: dado que el ozono se degrada en oxigeno sin dejar residuos, el enjuague posterior a la desinfección podría ser innecesaria y la solución de desinfectante podría usarse para enjuague iniciales de otros tanques.

-

Disminución de la cantidad de sosa y desinfectante usados.

19

-

Mejora de la calidad de las aguas residuales por reacción del ozono con la materia orgánica, disminución de la DQO, aumento de la relación DBO/DQO, ausencia de derivados organoclorados. Disminución de la conductividad del vertido.

-

Reducción del consumo energético respecto a la desinfección con agua caliente.

Conclusiones La limpieza y desinfección es una operación clave en la industria agroalimentaria en general y para la vinícola en particular. Los datos que han podido recopilarse in situ e diversas bodegas que han colaborado en el proyecto confirman esta afirmación, apoyando las afirmaciones cualitativas expresadas en el BREF respecto al sector vinícola y aportando valores cuantitativos. Asimismo, se ha podido observar que la puesta en práctica de recuperación de subproductos tiene un alto peso a la hora de disminuir sensiblemente el impacto ambiental de las limpiezas. En función de la información recopilada puede afirmarse que: -

Casi toda el agua consumida en una bodega se usa para limpiar instalaciones y es el origen de las aguas residuales de la empresa.

-

Las aguas de limpieza se encuentran contaminadas con restos de productos y los agentes de limpieza y desinfección.

-

La segregación y gestión del primer enjuague y de las soluciones alcalinas hace disminuir en gran medida la carga de las aguas residuales vertidas.

-

Es habitual el control manual por parte de un operario de todo el proceso de limpieza y desinfección afectando la repetibilidad y la optimización de la operación en cuanto al tiempo empleado y el volumen de agua que realmente es necesario. La automatización y la monitorización podrían aportar grandes ahorros de tiempo y agua.

-

En general, falta un registro más exhaustivo de cada operación de limpieza realizada con datos que por histórico permitan optimizar los procesos (por ejemplo medida del volumen de agua consumida en la operación, duración de cada etapa,etc).

-

La sobre dosificación de desinfectantes conduce al vertido de aguas con toxicidad y a un excesivo consumo de agua de enjuague para asegurar que no queden restos de desinfectante en las superficies de depósitos.

-

No existen patrones definidos de limpieza (dosis, duración i volumen de agua) en función del tamaño del depósito a limpiar, en ocasiones se hace igual para un depósito de 10000 L que para uno de 100000L.

Como ya se ha indicado el uso de agua ozonizada podría conducir hacia la mejora de diversos aspectos ambientales. Así, a diferencia de otros desinfectantes, el ozono se degrada en oxigeno sin dejar residuos, cosa que es una ventaja tanto desde el punto de vista medioambiental como de seguridad de los alimentos. La substitución de otros productos por el ozono reducirá la concentración de sales y por tanto la conductividad de las aguas residuales. Otro aspecto interesante es que el ozono se genera in situ y a demanda no siendo necesario almacenar

20

productos químicos. Todas estas estimaciones deberán ser confirmadas y cuantificadas con el trabajo es curso. La revisión realizada sobre les técnicas de limpieza CIP y sobre las tecnologías del ozono indican que la integración de ambas es relativamente sencilla si se adoptan ciertas medidas adicionales de seguridad específicas del ozono. Cabe, además estudiar la compatibilidad del ozono con los materiales constructivos (conductos, depósitos y todo aquello que entre en contacto con el agua ozonizada) y debe estudiarse la necesidad de forzar el desplazamiento del aire ozonizado con nitrógeno para prevenir posibles oxidaciones del vino por restos de ozono si el depósito fuera llenado inmediatamente después de ser desinfectado. Consorcio ainia centro tecnológico (Spain, Project coordinator), Umweltinstitut des Technologie-TransferZentrums Bremerhaven (Germany), Gdansk University of Technology (Poland), Domecq bodegas (Spain, wine processing), InBev. (Germany, beer processing) and Meierei- Genossenschaft e.G. Langernhorn (Germany, dairy processing) Agradecimientos El proyecto OZONECIP está co-financiado por la Unión Europea a través del Programa Life Medioambiente (LIFE 05 ENV/E/000251). Referencias Day C.2004. Developments in the managerment of Brettanomyces, Wine Industy Journal,Vol.19 nº 1:18-19 EPRI. 2000. Direct Food Additive Petition. Ozone as an Antimicrobial Agent for the Treatment, Storage and Processing of Foods in Gas and Aqueous Phases. Electric Power Research Institute. EUROPEAN COMMISSION, 2006- Directorate-General JRC Joint Research Centre – Institute for Prospective Technological Studies-“Reference Document on Best Available Techniques in the Food, Drink and Milk Industries”. Greene A.K., Few B.K., Joao C,. Serafini. A. 1993. Comparison of ozonation and chlorination for the disinfection of stainless steel surfaces, J Dairy Sci, 76:3617-3620. Lagrange F., Reiprich W., Hoffmann M. 2004. CIP-cleaning and disinfection with ozone water, Fleischwirtschaft, (Vol. 84) (No. 2) 112-114. Lowe, M. 2002. Surface sanitation with ozone enriched water, NSF Registrtation and case study review. Ozone III Conference Proceedings. Fresno, CA October 28-30. McClain, J. 2002. Use of ozone in winery sanitation. Ozone III Conference Proceedings. Fresno, CA October 28-30. Packman, R and Adams. D. 2005. Resolving the rising cost of water effluent. International Food Hygiene. 16 (5): 5,7-8. Porter. S 2002. Case Study: Ozone system to provide sterile rinse water. Ozone III Conference. Fresn Proceedings o, CA October 28-30. Takahashi K., Koike K., Fukuzaki S. 2003. Comparison of the efficacies of gaseous ozone and sodium hypochlorite in cleaning stainless steel particles fouled with proteins, Biocontrol Science, Vol 8 nº2:87-91.

21

Descripción de la problemática Según el Codex Alimentarius (Comisión creada en 1963 por la Food and Agricultural Organization, FAO, y la Organización Mundial de la Salud, OMS o WHO, World Health Organization, pertenecientes a la ONU), se entiende por plaguicida o pesticida, cualquier sustancia destinada a prevenir, destruir, atraer, repeler o combatir cualquier plaga, incluidas especies indeseadas de plantas o animales, durante la producción y/o almacenamiento, transporte, distribución y elaboración de alimentos, productos agrícolas o alimentos para animales,

o que pueda

administrarse a los animales para combatir ectoparásitos. Por tanto, el objetivo principal de este tipo de sustancias es aumentar la productividad de los cultivos. Sin embargo, cuentan con un claro inconveniente, y es que son sustancias tóxicas que presentan una elevada persistencia, es decir, que aparecen en alimentos, aguas, suelos, etc. pasado un cierto tiempo desde que fueron aplicados. Por tanto, es absolutamente necesario un control exhaustivo de los niveles de presencia de tales sustancias en los productos de origen agrícola. Es importante señalar, que si los plaguicidas se aplican correctamente a los cultivos para los que han sido elaborados, siguiendo las correspondientes medidas de seguridad, aplicando las dosis adecuadas y respetando los correspondientes días de descanso, el riesgo de contaminación se reduce considerablemente. Regulación de la presencia de plaguicidas En 1966, la comisión del Codex Alimentarius de la FAO creó el Comité del Codex sobre Residuos de Pesticidas (CCRP) con el objetivo de fijar los LMR (Límites Máximos de Residuos) en productos de origen animal y vegetal. A nivel europeo, es el reglamento CE Nº 396/2005 del parlamento y consejo europeo del 23 de febrero de 2005 el que establecerá los niveles máximos de pesticidas en productos de origen animal y vegetal, armonizando así para todos los países miembro de la Unión Europea las previsiones en materia de LMRs en alimentos y piensos de origen vegetal y animal. A nivel nacional, el marco vigente sobre residuos de plaguicidas se localiza en el R.D. 280/1994 que traspone las tres directivas comunitarias que resultan de aplicación en la materia. Dicho decreto se va revisando y actualizando continuamente. A modo de ejemplo, el pasado mes de julio ha tenido lugar la última modificación mediante orden PRE/2170/2007 de 13 de julio.

23

Es importante señalar que después de un arduo trabajo de años de unificación de criterios entre diferentes países europeos, la Comisión Europea va a publicar, posiblemente a finales del 2008, los Anexos al Reglamento 396/2005, en virtud de los cuales

quedarán recogidos los LMR de

aproximadamente 500 materias activas, lo que contribuirá definitivamente a la armonización de los LMR aplicados en diferentes países al ser la legislación de referencia para toda Europa. A la vista de la legislación vigente, así como de las directrices tanto europeas como estatales y autonómicas existentes en lo que a materia de seguridad alimentaria se refiere, se hace necesario el desarrollo de metodologías analíticas que permitan determinar residuos de pesticidas en un amplio espectro de matrices, a nivel de sus LMR. Es más, las nuevas metodologías desarrolladas deben estar de acuerdo con otras directrices europeas que señalan que dichas metodologías deben ser rápidas, fiables y compatibles con el medio ambiente. Técnicas convencionales de control de plaguicidas en frutas y hortalizas Los métodos analíticos para la detección de residuos de pesticidas en alimentos se basan generalmente en separación cromatográfica y son métodos caros y lentos. Los costes de una determinación pueden superar los 100
y el tiempo necesario es superior a un día. Además, son métodos que requieren de una preparación de muestra compleja, de personal cualificado y de una inversión inicial muy elevada. La cromatografía de gases (GC) es la técnica más ampliamente empleada para el análisis multiresidual de plaguicidas, siendo capaz de conseguir límites de detección muy bajos (μg/l ng/l). Muchos métodos oficiales de análisis están basados en esta técnica, empleando como detectores el de nitrógeno y fósforo (NPD), de captura electrónica (ECD), de ionización de llama (FID) o de espectrometría de masas (MS). Para el análisis de compuestos de alto peso molecular, altamente polares o térmicamente lábiles, se emplea la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), que ha ido ganando terreno especialmente con el acoplamiento a un espectrómetro de masas. Sistemas rápidos disponibles en la actualidad Un inmunoensayo es un test bioquímico en el que se mide la concentración de una sustancia en un medio biológico basándose en la reacción de un anticuerpo a un antígeno. La ventaja de los anticuerpos en su elevada afinidad al antígeno en cuestión. Los ensayos ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) son un tipo de inmunoensayo en el que se realizan simultáneamente numerosas determinaciones en una placa de 96 celdas o pocillos. Existen numerosos kits ELISA para detectar plaguicidas en frutas y hortalizas, y se trata de un procedimiento muy adecuado para controlar la presencia de un residuo en muchas muestras. Sin embargo, requiere de personal cualificado y de un laboratorio bien acondicionado para obtener una buena reproducibilidad. Otro sistema rápido disponible en la actualidad es el biosensor. Se trata de un instrumento de medida, basado en un elemento biológico capaz de interactuar con el analito problema, que genera 24

una señal eléctrica proporcional a la concentración de la sustancia problema. Existen numerosos biosensores aplicados a diferentes sectores, pero en lo que se refiere a la detección de plaguicidas, apenas existe un dispositivo comercialmente disponible a nivel europeo. Tendencias futuras en el campo de los biosensores Las posibilidades de los biosensores como método rápido de medida, económico, automatizado y sencillo de utilizar, auguran una amplia utilización en el futuro, pero previamente es necesario avanzar en algunos aspectos relevantes que se detallan a continuación: - Homogeneizar las materias activas empleadas en los diferentes países miembros de la Unión Europea, de modo que se emplee un menor número de plaguicidas pero a mayor escala. - Desarrollar biosensores pequeños y portátiles que permitan su utilización tanto en campo o en una planta agroindustrial. - Desarrollar sistemas multianalito que sean capaces de detectar la presencia de más de un único plaguicida. - Reducir los costes por ensayo o determinación a unos pocos euros. - Transferir los desarrollos tecnológicos a empresas de distribución de reactivos y materiales para que suministren no sólo los equipos, sino también los reactivos o desechables necesarios. - Validar los nuevos instrumentos y técnicas para que sus resultados sean comparables a los que se obtienen con las técnicas analíticas de referencia. Finalmente cabe destacar que la Comisión Europea ha apoyado la creación de una red de trabajo sobre la aplicación de biosensores para la detección de plaguicidas en frutas y verduras (BIODET) dentro del 6º Programa Marco, cuyo objetivo principal consiste en aumentar el nivel de protección de la salud del consumidor promoviendo el desarrollo de biosensores para detectar la presencia de plaguicidas que estén adaptados a las necesidades reales de los productores de frutas y hortalizas y que permitan asegurar el cumplimiento de la legislación vigente (http://www.biodet.eu)

25

Los residuos cítricos plantean un grave problema en la Comunidad Valenciana. Estos residuos son principalmente las naranjas de retirada para la regulación de precios de mercado, las mermas en campo y la pulpa de naranja procedente de las industrias de elaboración de zumos. En 2006, la cantidad total de residuo de naranja fue de 800.000 t. Por otra parte, la cantidad media de estiércol generado en la Comunidad Valenciana es de 3.000.000 t/año. La gestión tradicional del residuo cítrico como alimento para el ganado o el envío a vertedero se está viendo limitada debido a la saturación del mercado y a la legislación de vertederos. Dadas las características de ambos residuos (elevada humedad y materia orgánica), la digestión anaerobia plantea una serie de ventajas respecto al resto de alternativas de valorización, que precisan materias primas secas y no putrescibles. La naranja presenta un elevado potencial de producción de biogás, alrededor de 600 m3/t SV, y el obstáculo de su pH ácido puede ser salvado si se utiliza en co-digestión con estiércol de vacuno gracias a la capacidad buffer de éste. A la vista de estos resultados, una granja valenciana de vacuno de leche ha decidido tratar sus residuos en co-digestión anaerobia con residuos cítricos. Actualmente hay 2.700 animales en la granja, que se ampliarán al doble en un futuro próximo. Con la cantidad actual de residuos en co-digestión con naranja se prevé una potencia de generación eléctrica superior a 1 MW. La planta se rentabilizará gracias a la venta de electricidad a la red, apoyada por el RD 661/2007, y de la fracción sólida de digerido, que se utilizará como fertilizante. Introducción Los residuos cítricos son un problema importante en la Comunidad Valenciana. Se componen principalmente de: 1) naranjas retiradas del mercado para la regulación de los precios, 2) mermas en campo y 3) pulpa de naranja procedente de la industria de elaboración de zumos de naranja. El total de residuo cítrico gestionado en la Comunidad Valenciana en 2006 fue de 800.000 t. Además, la cantidad media de estiércol producido en la Comunidad Valenciana alcanza los 3.000.000 t/año. La gestión tradicional de los residuos cítricos como alimentación animal o envío a vertedero pronto dejará de ser posible debido a la saturación del mercado de residuos orgánicos y a las limitaciones legales existentes para la entrada de estos residuos en los vertederos. Por lo tanto, es preciso encontrar una nueva alternativa de gestión. Entre las alternativas de valorización energética se encuentran

la

combustión,

la

gasificación

y

los

biocombustibles.

La

combustión

no

es

energéticamente eficiente, no es respetuosa con el medio ambiente, y técnicamente es complicada

27

debido al elevado contenido de humedad del residuo cítrico. Esto último también reduce la viabilidad de otras alternativas de valorización como la gasificación. La producción de biodiesel no es técnicamente viable debido a la composición química de los residuos cítricos. Una opción podría ser la producción de metano (biogás) utilizando el residuo cítrico como co-sustrato en la digestión anaerobia. El elevado contenido en azúcar de las naranjas podría conducir a un rendimiento hipotéticamente elevado de metano. Sin embargo, el bajo pH de las naranjas y la presencia de limoneno podría inhibir el proceso de digestión anaerobia. Como sustrato base para la co-digestión anaerobia se sugiere el estiércol de vacuno por su aporte de alcalinidad a la mezcla, necesaria para compensar el bajo pH de la naranja. La co-digestión anaerobia podría ser una solución técnicamente viable para gestionar las grandes cantidades de residuos cítricos y estiércol de vacuno producidos en la Comunidad Valenciana. Además, el metano generado se podría utilizar para la producción de energía eléctrica. Esta energía obtenida de fuentes renovables, y producida de forma descentralizada, podría contribuir al cumplimiento de los objetivos de utilización de fuentes renovables de energía, y a reducir la dependencia energética de otros países. Los objetivos del estudio son determinar una mezcla que permita la co-digestión anaerobia de naranja y estiércol de vacuno y ensayar diferentes pretratamientos de la naranja que maximicen la producción de metano por reducción o eliminación del efecto inhibidor de los aceites esenciales presentes en el flavedo. El pH es un factor crucial para una operación estable de un digestor anaerobio que utilice naranja como sustrato. El proceso de co-digestión muestra una tendencia a la reducción del pH, y la acumulación de ácidos grasos volátiles puede inhibir el proceso fermentativo (Naparaju y Rintala, 2006). El limoneno es un compuesto inhibidor de la fermentación alcohólica de la cáscara de naranja (Wilkins et al., 2006). Estudios previos también han observado el efecto inhibidor sobre la digestión anaerobia (Lane, 1984; Mizuki et al., 1990). Sin embargo, este efecto se debe no solamente al limoneno, sino al grupo de compuestos presentes en la cáscara de naranja, principalmente a los aceites esenciales. Materiales y Métodos Sustratos Las naranjas de la variedad Valencia Late, sin conservantes, se obtuvieron del mercado de abastos de Munich. El estiércol de vacuno fresco se recogió periódicamente de la granja Pellmeyer en Fresing, Alemania, una granja de vacuno de leche con la estabulación en parques. Cada nueva muestra de sustrato recogido se analizó para la posterior estandarización de los resultados. Inóculo Se empleó como inóculo el fango digerido de un digestor de 3,5 m3 alimentado con estiércol de vacuno de la misma granja Pellmeyer y pienso estándar de vacuno de leche como co-sustrato. El digestor se operaba con una velocidad de carga orgánica de 3,5 kg VS/(m3
d) y un tiempo de retención hidráulica de 20 días. El inóculo se utilizó en los ensayos en discontinuo y en el arranque de los ensayos en semi-continuo.

28

Experimentos en discontinuo (batch) El objetivo de los experimentos en discontinuo fue observar el efecto del pH sobre la co-digestión anaerobia de naranja y estiércol de vacuno. La titulación a pH 7 fijó la concentración máxima de naranja que era posible utilizar en los ensayos en discontinuo. Esta concentración fue de 30% de naranja y 70% de estiércol de vacuno sobre materia seca. El flavedo se raspó para eliminar el efecto inhibidor de los aceites esenciales, ya que solamente se deseaba observar el efecto del pH. Se llevaron a cabo cuatro experimentos en discontinuo con las siguientes concentraciones iniciales: 10% naranja – 90% inóculo, 20% naranja – 30% inóculo y 30% naranja – 70% inóculo. Los experimentos se realizaron en digestores de vidrio de 2 litros en estufas Binder ® mantenidas a 38ºC. el biogás se midió con Milligascounters ® fabricados por Ritter, que tienen una resolución de 0,1 mL. Los experimentos en discontinuo finalizaban al detenerse la producción de biogás. Experimentos en semi-continuo El objetivo de los ensayos de co-digestión anaerobia en semi-continuo fue observar el efecto de los aceites esenciales presentes en el flavedo (básicamente limoneno) sobre la producción de metano. Se llevaron a cabo tres repeticiones de los ensayos de tres pretratamientos diferentes, en digestores semi-continuos de 36 litros. La alimentación de cada experimento fue (A) estiércol de vacuno (control); (B) 30% naranja cortada y 70% estiércol de vacuno; (C) 30% naranja cortada sin flavedo y 70% estiércol de vacuno; (D) 30% naranja cortada e higienizada (70ºC, 1h) y 70% estiércol de vacuno. Todos los porcentajes anteriores están expresados sobre materia seca. Se añadió un 10% de inóculo para el arranque de los digestores. Los pretratamientos tenían diferentes objetivos. El cortado de la naranja pretendía facilitar la biodisponibilidad de las sustancias biodegradables. La higienización y el raspado del flavedo pretendían reducir la presencia de aceites esenciales, principalmente del limoneno. Los digestores se alimentaban una vez al día. Tras alcanzar el estado estacionario después del llenado inicial, la alimentación diaria comenzó con una velocidad de carga orgánica de 1kg VS/(m3
d). La velocidad de carga orgánica se mantuvo constante durante 2 semanas. Pasado este tiempo se incrementó en 0,5 kg VS/(m3
d) y se mantuvo constante durante dos semanas más. Se realizaron aumentos subsiguientes de 0,5 kg VS/(m3
d) cada dos semanas hasta alcanzar una velocidad de carga orgánica de 5 kg VS/(m3
d). Al final del experimento, la composición del alimento fue modificada. Con la mayor velocidad de carga orgánica alcanzada (5 kg VS/(m3
d)), la composición del alimento en los experimentos B, C y D se cambió a 50% naranja y 50% estiércol de vacuno, sobre materia seca. El montaje experimental utilizado para los experimentos en continuo se describe a continuación. El digestor de 36 litros, encamisado y aislado, está provisto de un sistema de agitación lenta. La temperatura se mantiene a 38ºC, y el sistema de calentamiento está controlado mediante un sensor de temperatura Pt100. el biogás producido se mide mediante Milligascounters® fabricados por Ritter, con una resolución de 0,1 mL. El biogás producido en cada digestor individual se almacena en una bolsa de gas fabricada en Tedlar ® hasta acumular 4L, momento en el que el biogás se conduce automáticamente a través de la electroválvula hasta el analizador de gas Awite ®, en el que se analiza el metano, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, hidrógeno y oxígeno.

29

En el momento de la alimentación se abre una válvula manual para compensar la pérdida de presión causada por la retirada de digerido con la bolsa de compensación de la presión. En caso de exceso de gas o de mal funcionamiento del sistema, el gas se conduce a la salida a través de un borboteador que evita la entrada de oxígeno en el sistema. Resultados y Conclusiones Experimentos en discontinuo (batch) Los resultados de rendimiento de biogás obtenido en los experimentos en discontinuo se muestran en la figura 1, en la que se muestra la producción acumulada de biogás. Si se elimina la producción de biogás debido al inóculo para poder observar la producción de biogás debida únicamente a la naranja cortada, y se normaliza esta cantidad por los sólidos contenidos en la misma, la producción máxima de biogás específica debida a la naranja es de 1100 mL/g ST, correspondiente a la mezcla con un 30% de naranja. La degradación completa de la naranja se producía en 11 días. En el digerido no se distinguían visualmente restos de naranja.

Producción de biogás acumulada (mL/g ST)

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0

5

10

15

20

25

Tiempo (días) (A) Inóculo

(B) 10% naranja

(C) 20% naranja

(D) 30% naranja

Figura 1. Resultados de los ensayos en discontinuo.

30

30

Experimentos en semi-continuo Las figuras 2, 3 y 4 muestran los resultados de producción de biogás diaria específica y de contenido en metano e hidrógeno, respectivamente. Las líneas verticales representan los cambios en la velocidad de carga orgánica realizados cada 2 semanas. La última línea, nombrada como “50%”, muestra el momento del cambio en la composición del alimento (50% naranja – 50% estiércol de vacuno, con una velocidad de carga orgánica de 5 kg SV/(m3
d)).

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

50%

900

Producción diaria de biogás, L/kg SV/d

800 700 600 500 400 300 200 100 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Tiempo (d) Carga orgánica

A

B

C

D

Figura 2. Resultados de los experimentos en semi-continuo: rendimiento en biogás.

Producción específica de biogás. En la figura 2 se puede observar que la producción de biogás específica de los experimentos B, C y D fue mayor que la obtenida en el experimento A. Cuando la velocidad de carga orgánica superó los 2 kg VS/(m3
d), la producción de biogás específica del experimento C superó a los experimentos B y D, permaneciendo así hasta el final del ensayo. Estas mejoras en el rendimiento de metano alcanzan su máximo a una velocidad de carga orgánica de 4 kg VS/(m3
d): 253% para el experimento B (naranja cortada), 347% para el experimento C (naranja cortada sin flavedo) y 205% para el experimento D (naranja cortada e higienizada). Al final de los ensayos se observan signos de inestabilidad en forma de cambios rápidos en la producción de biogás una semana después del cambio en la composición. Esto se debe probablemente a una acidificación de los digestores.

31

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

50%

60

50

CH 4 (%)

40

30

20

10

0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

Tiempo (d) Carga orgánica

CH4 (A)

CH4 (B)

CH4 (C)

CH4 (D)

Figura 3. Resultados de los experimentos en continuo: concentración de metano.

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

50%

450 400 350

H 2 (ppm)

300 250 200 150 100 50 0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

Tiempo (d) Carga orgánica

H2 (A)

H2 (B)

H2 (C)

H2 (D)

Figura 4. Resultados de los experimentos en continuo: concentración de hidrógeno.

Composición del biogás. A velocidades de carga orgánica inferiores a 3,5 kgVS/(m3
d), no se observan diferencias en la concentración de metano en el biogás entre los tres pretratamientos (figura 3). A una velocidad de carga orgánica superior a 3 kgVS/(m3
d), aparece un patrón de proceso instable en forma de variaciones rápidas de la concentración de metano e hidrógeno (figuras 3 y 4). Sin embargo, la producción de biogás permaneció estable y elevada. Sin embargo, la tendencia a la baja en la concentración de metano y el aumento de la concentración de hidrógeno

32

en el biogás son signos de acidificación. El porcentaje de metano medio obtenido en los ensayos con naranja fue de 40-45%. Este valor es inferior al obtenido con otros sustratos orgánicos, con los que el porcentaje de metano es mayor del 50% (Keymer, 2004). A pesar de los resultados de concentración de metano obtenidos, la elevada producción volumétrica de biogás compensa que el porcentaje de metano sea inferior que el del estiércol de vacuno sin mezcla. La producción final expresada en volumen de metano fue mayor que la de estiércol de vacuno sin mezcla. Tras alcanzar el estado estacionario, la concentración de sulfuro de hidrógeno permaneció por debajo de 500 ppm. El control y todos los pretratamientos produjeron la misma concentración de sulfuro de hidrógeno hasta una velocidad de carga orgánica de 4 kg SV/(m3
d). Tras este punto, la concentración de sulfuro de hidrógeno en los ensayos con naranja era ligeramente menor que en el control. Este nivel de sulfuro de hidrógeno es aceptable para un motor de cogeneración y puede ser fácilmente controlado a escala industrial mediante la práctica bien conocida de inyectar oxígeno en el digestor anaerobio. Conclusiones A pesar del bajo pH de la naranja (alrededor de 3,5) y la presencia de inhibidores como el limoneno, la co-digestión anaerobia de naranja cortada y estiércol de vacuno en proporción 1:3 (sobre materia seca) es técnicamente viable y da un rendimiento de biogás elevado, siendo la producción de biogás debida a la naranja de 600-700 L/kg SV en los ensayos en semi-continuo. Este rendimiento es mayor que el obtenido con otros sustratos comúnmente empleados como el maíz (550-600 L/kg SV), pero inferior que los sustratos de alto rendimiento como las grasas (1000 L/kg SV) (Keymer, 2004). La velocidad de carga orgánica óptima para la producción de metano obtenida en este estudio fue de 4 kg SV/(m3
d). Todos los tratamientos con naranja cortada produjeron mejoras significativas del rendimiento de metano. La producción máxima se alcanzó con naranja cortada sin flavedo, de lo que se concluye que los aceites esenciales contenidos en el flavedo de la naranja inhiben el proceso de co-digestión anaerobia. Las elevadas cargas orgánicas alcanzadas sin acidificación del sistema conducen a pensar que el proceso podría admitir una mayor proporción de naranja. Se necesita más investigación sobre este punto. La co-digestión anaerobia de naranja y estiércol de vacuno podría ser una alternativa viable para gestionar estos residuos en la Comunidad Valenciana, siendo además una fuente innovadora de energía renovable. A la vista de estos resultados, una granja valenciana de vacuno de leche ha decidido tratar sus residuos en co-digestión anaerobia con residuos cítricos. Actualmente hay 2.700 animales en la granja, que se ampliarán al doble en un futuro próximo. Con la cantidad actual de residuos en codigestión con naranja se prevé una potencia de generación eléctrica superior a 1 MW. La planta se rentabilizará gracias a la venta de electricidad a la red, apoyada por el RD 661/2007, y de la fracción sólida de digerido, que se utilizará como fertilizante.

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Según el concepto tradicional de nutrición, la principal función de la dieta es aportar los nutrientes necesarios para el buen funcionamiento del organismo. Los conceptos básicos de la nutrición están experimentando un cambio significativo, motivado por múltiples factores socio-económicos, demográficos,… que están provocando modificaciones también en los hábitos de de vida y de consumo. Hoy en día, el concepto de “nutrición adecuada” está siendo sustituido por el de “nutrición óptima”, aquella que además, contempla la posibilidad de que algunos alimentos mejoren la salud y reduzcan el riesgo de desarrollar determinadas enfermedades. Existen cada vez más pruebas científicas que apoyan la hipótesis de que ciertos alimentos, así como algunos de sus componentes, tienen efectos físicos y psicológicos positivos para la salud. Se ha descubierto que muchos productos alimenticios tradicionales, como las frutas, las verduras, la soja y la leche, entre otros, contienen compuestos bioactivos que pueden resultar beneficiosos para la salud. Además de éstos, se están desarrollando nuevos alimentos que añaden o amplían estos componentes beneficiosos, por las ventajas que suponen para la salud. En este nuevo planteamiento aparecen los alimentos funcionales, cuyo desarrollo se basa en la relación directa existente entre dieta y salud. Muchas enfermedades crónicas están relacionadas directamente con la nutrición y muchas pueden prevenirse con una dieta adecuada; las enfermedades cardiovasculares son un buen ejemplo de esta relación dieta/salud, ya que más del 30% de los casos se atribuyen a malos hábitos de alimentación. La consecución de una nutrición óptima mediante la utilización de alimentos funcionales tiene como finalidad optimizar las funciones fisiológicas de cada persona para asegurar el máximo bienestar, salud y calidad de vida. Mientras que los consumidores europeos empiezan a familiarizarse con los alimentos funcionales, los ciudadanos japoneses llevan décadas consumiendo estos productos que gozan de gran popularidad. El término de alimento funcional nació en Japón, a comienzos del decenio de 1980. El gobierno japonés financió tres programas de investigación a gran escala sobre “análisis sistemático y desarrollo de los alimentos funcionales”, “análisis de la regulación fisiológica de la función de los alimentos” y “análisis de los alimentos funcionales y diseño molecular”. En un esfuerzo nacional por reducir el costo creciente de atención de salud como consecuencia del incremento de la esperanza de vida de la población japonesa, se estableció en 1991 una categoría de alimentos potencialmente beneficiosos denominados “alimentos de uso específico para la salud”, identificados por sus siglas in inglés:

FOSHU (Foods for Specific Health Use). Dicha denominación engloba a aquellos

alimentos de los que se espera que ejerzan un efecto beneficioso específico sobre la salud, por adición de determinados compuestos bioactivos o por la eliminación de compuestos con efectos potencialmente negativos. Para que un alimento pueda denominarse FOSHU, sus efectos

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beneficiosos para la salud deben basarse en evidencias científicas, y debe solicitarse autorización para formular alegaciones relativas a los beneficios específicos que cabe esperar de su consumo. Los alimentos que se incluyan dentro de la categoría de FOSHU, deben ser autorizados pro el Ministro de Salud, tras la presentación de pruebas exhaustivas con fundamento científico que apoyen la alegación relativa al efecto saludable sobre el organismo del producto alimenticio final, y no sus componentes individuales aislados, cuando se consume dentro de una dieta equilibrada. Además dichos productos deben presentarse en forma de alimentos, no como comprimidos o cápsulas. Es por ello que los alimentos FOSHU producen un efecto específico sobre la salud debido a la presencia de determinados componentes alimentarios, son alimentos de los cuales se han eliminado compuestos alergénicos, habiéndose evaluado científicamente el efecto de dichos componentes o de la eliminación y habiéndose concedido permiso para declarar el efecto específico beneficiosos para la saldu que se prevé produzca su consumo y además no suponen un riesgo para la salud o la higiene En otros países, como Canadá y EEUU, el consumo de alimentos funcionales en la actualidad está muy extendido y aproximadamente un 40% de la población ya los ha incorporado a su dieta diaria. Dichos alimentos surgieron de la necesidad de compensar una alimentación desequilibrada, muy rica en grasas saturadas y pobre en determinadas grasas insaturadas, minerales, vitaminas y fibra. En los años 90, debido a la preocupación existente en EEUU por la proliferación de alegaciones de salud no demostradas en el etiquetado de gran número de alimentos que podían confundir a los consumidores, el congreso de los Estados Unidos aprobó la ley de etiquetado y educación nutricional (Nutrition Labelling and Education Act, NLEA). Esta ley, que entró en vigor en 1994, regula tres aspectos de la información contenida en los envases de los alimentos: la información nutricional, las declaraciones de contenido de nutrientes y las declaraciones de efectos sobre la salud. En la actualidad las alegaciones nutricionales están autorizadas por la FDA, si que existan evidencias científicas públicamente disponible y haya suficiente consenso científico entre los expertos de que dichas alegaciones están respaldadas por pruebas. Según la FDA, las alegaciones pueden basarse también en “declaraciones autorizadas” de Organismos Científicos Federales, como los Institutos Nacionales de la Salud y los Centros para la Prevención y el Control de Enfermedades, así como de la Academia Nacional de las Ciencias. En la Unión Europea, el abordaje científico de la alimentación funcional tiene su punto de partida más destacable en un grupo de trabajo promovido y coordinado por la Sección Europea del Internacional Life Sciences Institute (ILSI) y patrocinado por la Comisión Europea como Acción Concertada dentro del 4º Programa Marco de Investigación. El proyecto se tituló Functional Food Science in Europe (acrónimo FUFOSE) y propuso una serie de conceptos y definiciones de consenso con el fin de proporcionar bases y fundamentos apropiados para el futuro desarrollo científico de la alimentación funcional. El objetivo del proyecto fue desarrollar y establecer un enfoque científico sobre las pruebas que se necesitan para respaldar el desarrollo de productos alimenticios que pueden tener un efecto beneficioso sobre una función fisiológica del cuerpo y mejorar el estado de salud y bienestar de un individuo y/o reducir el riesgo de que desarrolle ciertas patologías. La Acción concertada de la UE apoyó el desarrollo de los dos tipos de alegaciones de salud: funciones de mejora y reducción de riesgo de enfermedad. Para poner en práctica las conclusiones y

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principios del programa FUFOSE, se creó un nuevo programa de Acción Concertada de la Comisión Europea, el Proceso para la Valoración de Soporte Científico de las Alegaciones con respecto a los Alimentos (Process for the Assessment of Scientific Support for Claims on Foods, PASSCLAIM), para resolver

los temas relativos a validación y verificación científica de alegaciones y la

información al consumidor. El principio de dicho proyecto es que las alegaciones funcionales de mejora y las de reducción de riesgo de enfermedades deben basarse en estudios bien planificados, mediante el uso de biomarcadores adecuadamente identificados, caracterizados y validados. Por todo ello, en Europa el primer documento de consenso sobre conceptos científicos en relación con los alimentos funcionales fue elaborado en 1999, según el cual “un alimento funcional es aquel que contiene un componente, nutriente o no nutriente, con efecto selectivo sobre una o varias funciones del organismo, con un efecto añadido por encima de su valor nutricional y cuyos efectos positivos justifican que pueda reivindicarse su carácter funcional o incluso saludable”. En la actualidad existe un Reglamento del Parlamento Europeo y del Consejo sobre las alegaciones nutricionales y de propiedades saludables en los alimentos. Este reglamento sobre alegaciones nutricionales y propiedades saludables de este tipo de productos permite distinguir entre los alimentos saludables, los funcionales y los denominados nuevos alimentos. La Unión Europea exige que las alegaciones sanitarias que aparezcan en el etiquetado y en la publicidad de todos los alimentos funcionales estén avalados por estudios científicos. A pesar de que muchos de los alimentos funcionales están todavía en fase de investigación y representan un pequeño porcentaje del total de artículos alimenticios, su consumo en España se está generalizando, de hecho facturan ya en España más de 3.500 millones de euros anuales, con un ritmo de crecimiento del 14%, según datos de la consultora AC Nielsen. Esta compañía estima que la comercialización de estos productos en el mercado mundial se multiplicará por diez en los próximos cuatro años y superará los 500.000 millones de euros, mientras que las ventas de alimentos tradicionales aumentarán a un modesto ritmo del 3%. Según los expertos en nutrición, el auge de los alimentos funcionales en España (al igual que en el resto de países europeos) se debe al envejecimiento de la población, al aumento del poder adquisitivo y al cambio de estilos de vida asociados a los hábitos laborales. En España, en la actualidad se comercializan actualmente más de 200 tipos de alimentos funcionales, como por ejemplo, zumos a los que se les ha añadido vitaminas, minerales, fibra, etc., cereales con fibra y minerales, o leches enriquecidas con calcio, ácidos grasos omega 3, ácido oleico o vitaminas. Parte de los inconvenientes que derivan de la presencia en el mercado de dichos alimentos es la posible sobredosificación, falta de credibilidad por parte del consumidor y falta de pruebas científicas que avalen el efecto beneficioso. El gran reto para los científicos, los estados miembros y la industria de alimentación y bebidas es formentar el comercio justo y potenciar la innovación de productos dentro de la industria. Es necesario saber de todos aquellos alimentos a los que se les atribuye algo bueno para la salud, su importancia dietética global, la cantidad y frecuencia de consumo, las posibles interacciones con

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otros constituyentes dietéticos, el impacto en el metabolismo y los posibles efectos adversos directos como son la alergia y la intolerancia. Por tanto, aunque los alimentos funcionales son susceptibles de mejorar la salud, hay que valorarlos en su justa medida y disfrutar de ellos sabiendo que resultan beneficiosos y aportan un complemento saludable a una dieta apropiada y a un estilo de vida activo. Es necesario profundizar en el conocimiento de sus verdaderas bondades para ofrecer al consumidor no sólo alimentos seguros y que realmente ejerzan los efectos beneficiosos que se les atribuyen, sino también una información veraz.

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En los últimos años, debido a los cambios de los patrones de consumo que ha experimentado nuestra sociedad, existe una creciente demanda por parte de los consumidores y los profesionales de la restauración, hostelería y catering de productos alimenticios de alta calidad organoléptica, saludables, seguros y que presenten facilidad de consumo o preparación (plato total o parcialmente preparado), lo que ha acelerado el consumo de los productos de IV y V gama. Los productos IV gama (frutas y hortalizas mínimamente procesadas) y V gama (platos preparados con aplicación de temperatura) son un mercado relativamente nuevo y que está creciendo rápidamente, perfilándose como uno de los mercados más prometedores de la alimentación en España. Dicho sector constituye pues, un mercado en continuo desarrollo y con un pronóstico favorable de futuro. Introducción En función del grado de procesamiento de los alimentos, éstos se suelen clasificar en productos de primera, segunda, tercera, cuarta o quinta gama. Los alimentos frescos (I gama), las conservas (II gama) y los productos congelados (III gama) son productos maduros en el mercado que emplean tecnologías de conservación más tradicionales (tratamientos térmicos y congelación básicamente). Sin embargo, en los últimos años han surgido productos de conveniencia más elaborados y de mayor calidad organoléptica: los productos mínimamente procesados (IV gama) y alimentos precocinados refrigerados (V gama). Dado que ésta terminología no se ve reflejada en la legislación, ni es terminología oficial, puede haber confusión al respecto y hay productos que son difíciles de enmarcar. En cualquier caso, son términos ampliamente aceptados y que los consumidores van asimilando cada vez más. Los productos IV gama son frutas y hortalizas frescas que sufren tras su recolección un ligero procesado, que no modifica sus características originales, consistente en su limpieza y adecuado higienización para prevenir alteraciones microbianas. Después se centrifugan, se pelan/cortan y se envasan en bolsas o bandejas en atmósfera modificada, evitando las oxidaciones y proliferación de microorganismos. La elaboración se supervisa con analíticas tendentes a cumplir la legislación sanitaria y garantizar la calidad del producto, que al ser fresco, sin aditivos ni conservantes, tiene que mantenerse en refrigeración durante cortos periodos de tiempo (varios días). Se trata por tanto de productos vegetales que sin sufrir modificaciones de las características sensoriales, físico-químicas, y nutricionales aumentan su funcionalidad y facilidad de uso, proporcionando a los consumidores un alimento listo para consumir (ready –to-eat). Estos productos aportan frescura, ya que conservan las propiedades de las frutas y hortalizas en fresco,

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comodidad, ya que son productos listos para su consumo sin necesidad de limpieza ni lavado y salud al contribuir a llevar una vida sana y equilibrada, debido a las aportaciones positivas de las frutas y hortalizas. El hecho de tratarse de productos hortofrutícolas frescos, tiene importantes implicaciones desde un punto de vista tecnológico: el vegetal fresco respira, consume oxígeno, produce anhídrido carbónico y etileno; el pelado y el cortado aumentan el metabolismo y aceleran la velocidad de respiración, con repercusiones en la consistencia, el color y el aroma. Estos productos mínimamente procesados, contrariamente a las otras técnicas de transformación, promueven un aumento de la perecibilidad del alimento, por tanto la vida útil media es del orden de los días y no de meses o años como el caso de los vegetales conservados por técnicas convencionales. Son productos de bastante recorrido comercial en España. Aparecen en la década de los 80-90 en los grandes núcleos de población y centrados en ensaladas monoproducto de determinadas hortalizas de hoja como la lechuga. Posteriormente, se diversifica el número de productos, se introducen mezclas de hortalizas, y finalmente se incorporan frutas así como mezclas con otros ingredientes no vegetales. En un escalón superior se encuentra la V gama. Son productos tratados por calor, listos para consumir, que se comercializan refrigerados, necesitando únicamente de un calentamiento previo para su consumo, en horno microondas u horno convencional. Generalmente se envasan en material plástico e incluyen una amplia variedad de productos, desde hortalizas cocidas hasta platos preparados (como lasañas y platos de pasta, pollos asados y arroces listos para el consumo). Los productos V gama se caracterizan por presentar una vida útil mayor que los de IV gama (entre uno y tres meses) pero sensiblemente inferior a los platos preparados congelados o a las conservas. Su ventaja principal frente a estos últimos, es su mayor calidad organoléptica, que el consumidor asocia a un producto fresco y que ha sido elaborado artesanalmente. La seguridad microbiológica de dichos productos se basa en la combinación de un tratamiento térmico de pasteurización y un envasado generalmente a vacío, siendo muy importante que se mantengan las temperaturas de refrigeración, durante el almacenamiento y la distribución.

Los

productos V gama reúnen todas las características que demanda el consumidor de hoy en día, productos listos para el consumo, de una alta calidad organoléptica y nutritiva, similares a los productos caseros pero con una mayor caducidad y que reúnan todas las garantías de seguridad. Por esta razón, aún siendo una tipología de producto relativamente nueva, está creciendo rápidamente, perfilándose como uno de los mercados más prometedores de la alimentación en España. Factores sociodemográficos La alimentación es per se una necesidad fisiológica pero también una forma de vida, una cultura incorporada al acerbo de las personas. En la sociedad actual en la que el acceso a los productos alimenticios está en general garantizado, la disponibilidad de tiempo para elaborarlos es un factor

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fundamental en el desarrollo de alimentos preparados. Cada vez más, las obligaciones laborales y los nuevos hábitos de vida con mayor priorización de las actividades lúdicas suponen una barrera al empleo de tiempo en la compra y preparación de los alimentos. Aún más, las habilidades culinarias de nuestros mayores no se han incorporado por regla general en las nuevas generaciones, por lo que la simplificación en estas tareas son muy bien acogidas por los consumidores. Se han implantado nuevos hábitos de consumo en la sociedad española en los últimos años debido a la demanda de los consumidores de alimentos de conveniencia que supongan una reducción del esfuerzo y del tiempo empleado en su preparación. Estos productos aportan a los consumidores ventajas como la reducción del tiempo de cocinado o en la compra de los ingredientes, pero también reducen el esfuerzo que se deriva de hacer la compra, transportar y almacenar los ingredientes y finalmente prepararlos para su consumo. Esta tendencia en la alimentación se ha manifestado también en países de nuestro entorno como Francia, Gran Bretaña o Italia. Varios son lo factores sociodemográficos que han contribuido a la demanda creciente de productos IV y V gama. 1

Cambios en el estilo de vida de los consumidores

2

Incorporación de la mujer al mundo laboral

3

Tamaño de las familias y hogares

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Nivel de renta

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Aumento de la esperanza de vida

Uno de los principales impulsores es el cambio en el estilo de vida de los consumidores. Generalmente, las personas cada vez disponen de menos tiempo para preparar la comida, lo cual ha repercutido en el incremento en la demanda de productos de fácil y rápida elaboración y de productos listos para consumir. En definitiva, este tipo de producto se adapta a un ritmo de vida cada vez más ocupado de los consumidores actuales. Así mismo, existe mayor flexibilidad en cuanto a cómo y cuando se realizan las comidas, debido a la proliferación de comidas envasadas tipo snacks, fáciles de llevar y de productos de rápida preparación. Los consumidores cada vez están más dispuestos a comprar su comida o a comprar productos de rápida preparación si ello supone una mayor comodidad. Además, una mayor dedicación de tiempo a la vida laboral, así como el manejo de diferentes horarios de trabajo entre miembros de una familia, ha ido disminuyendo gradualmente la comida familiar tradicional, dando paso a la búsqueda de soluciones alimenticias individuales. Una de las influencias más importantes en el gasto que realizan los consumidores y en su comportamiento lo determina el esquema actual de familia trabajadora. En este sentido, la incorporación de la mujer al mundo laboral ha supuesto por un lado el incremento de los ingresos familiares provenientes de dos fuentes distintas, y por otro lado la disminución en el tiempo que las familias pasan en el hogar. Estos factores se traducen principalmente en una libertad económica, consecuencia del mayor poder adquisitivo. Con el incremento del ritmo de vida y el aumento de los ingresos disponibles, los consumidores se sienten cada vez más dispuestos a optar por la comodidad y facilidad que supone la compra y el consumo productos IV y V gama.

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Otra situación a considerar en el esquema actual de familia es el descenso del número medio de miembros de una misma familia, pasándose en los últimos 30 años de una media de casi 4 miembros por hogar a estar claramente por debajo de 3; así como la evolución en alza del número de hogares unipersonales. En los últimos años el número de hogares unipersonales ha aumentado considerablemente en España y se espera que en los próximos años siga aumentando hasta situarse en cuotas similares a las de otros países de Europa como Alemania o Dinamarca, donde éstos representan cuotas cercanas al 35%. Además, el consumo per cápita de productos de IV y V gama es superior en los hogares unipersonales que en el resto de tipologías de hogar. Esta realidad evidencia una clara necesidad, por parte del consumidor, de productos adaptados a esta actual realidad (productos de menor volumen, “productos monodosis”, mejores sistemas de conservación de alimentos, etc). Por otro lado, los expertos destacan que cuanto mayor sea el incremento de la esperanza de vida en edades avanzadas, mayor será la preocupación por la calidad de vida y por mantener una buena salud. Por ello, que la demanda de productos congelados, deshidratados o esterilizados cada vez se desplaza más hacia el consumo de productos preparados refrigerados, concebidos éstos como productos más sanos y de mayor calidad, los cuales contribuirán a mantener una buena salud. Estas actitudes de los consumidores cada vez más marcadas en la sociedad están provocando una explosión a nivel mundial en el lanzamiento de nuevos productos adaptados a dicha realidad. La lista de productos IV y V gama es cada vez más amplia, al igual que su público, por lo que constituyen una parte cada vez más importante de la dieta actual. La comodidad y la variedad son aspectos destacables, de forma que el gran abanico de productos ofertados, permite variar sin problemas el menú diario. Ésta es una virtud si tenemos en cuenta que en muchos hogares la monotonía culinaria es la tónica general y que las comidas familiares se han convertido en comidas individuales. Situación actual en la innovación de producto El consumo de frutas y hortalizas presenta una evolución conservadora en España, y aunque es uno de los países con mayor consumo respecto al resto de países comunitarios, se encuentra todavía por debajo de las recomendaciones alimentarias, que se sitúan en 400 gramos de fruta y hortaliza al día. Las principales causas en este descenso del consumo de frutas y hortalizas quizás deben atribuirse a los cambios en los hábitos actuales de vida (comidas fuera de casa, sustitución por dulces y postres lácteos) y la pérdida de sabor de frutas y hortalizas (productos atractivos pero de sabor insípido) como consecuencia de técnicas de cultivo cada vez más intensivas. Ante esta situación, la innovación en productos IV y V gama supone una diversificación de la oferta, adecuándose a las actuales necesidades y exigencias del consumidor. Actualmente los productos IV y V gama se señalan por los expertos de mercado como una de las áreas con mayores perspectivas de crecimiento, dado que dichos productos se encuentran en sintonía con diversas tendencias sociodemográficas anteriormente señaladas: envejecimiento

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medio de la población, mayor ocupación laboral de la mujer, disminución de componentes del núcleo familiar, aumento del nivel de renta, etc. En España, el consumo de los productos de IV gama y V gama se han incrementado de manera importante en los últimos años, y continuarán aumentando de forma progresiva en los próximos, siguiendo la tendencia de otros países desarrollados, tales como Gran Bretana, Francia y Estados Unidos. Se ha pasado de consumos de alrededor de los 3 kg por año a cifras en torno a los 10 kg por año. Aún así, tienen un enorme potencial comercial como lo demuestra el hecho de que en los hogares españoles todavía representan menos del 3 % del gasto total de la alimentación. Según los expertos, la evolución del mercado norteamericano de IV gama se debe al desarrollo del espacio expositivo y al aumento del número de referencias: profundidad y amplitud de gama representan la carta vencedora. En EE.UU., la sección hortofrutícola representa un 13% de la superficie del superstore y contribuye con cerca del 20% de la venta total del detallista: los productos IV gama ocupan un 10% de la zona hortofrutícola dispuestos cuidadosamente sobre los lineales y en una zona especial dedicada a los productos con alto valor añadido. En cuanto a los productos V gama, la extensa gama de referencias disponibles, totalmente cocinados, listos para calentar y comer, conforma ya un nuevo mercado en España, que ha generado lineales específicos en la distribución, para dar una respuesta casi integral al consumidor de cara a resolver una comida o una cena. Tendencias en el lanzamiento de productos IV y V Gama Las nuevas tendencias en la alimentación tienen su origen en las nuevas necesidades de los consumidores y que tiene que ver poco con una básica para el organismo que es alimentarse para vivir, y más en otros aspectos relacionados con la nutrición, la preocupación por la salud y el bienestar, o relacionados con la practicidad, la imagen personal o la diversión. Varias son las tendencias que se están incorporando en el lanzamiento al mercado de nuevos productos IV y V gama, relacionadas básicamente con las principales características que los definen, es decir, comodidad, practicidad y facilidad de un producto “listo para tomar”. Cabe destacar las siguientes: Productos prácticos El aumento del tiempo dedicado al ocio, así como el acceso laboral de las mujeres al trabajo deja muy poco tiempo disponible para cocinar. Por ello, los consumidores conceden gran valor a todos aquellos productos que les permitan elaborar una comida saludable en poco tiempo. Es dentro de este marco, donde se produce el lanzamiento de productos que pueden ser calentados rápidamente en el microondas. Así mismo, también se ha observado la importancia del aumento del número de hogares unifamiliares así como la individualización en la elección de alimentos. En esta línea, han aparecido referencias innovadoras de productos como los snack trays, party trays y meals. El snack trays está compuesto de verdura cruda, cortada en pequeñas piezas de formato redondo o cúbico, adaptada como tentempié para comer fuera de casa, incluye sobre todo zanahoria baby, apio y rabanito, y se acompaña de salsas u otros condimentos. El party trays, similar al anterior

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pero con formato, más grande y presentación más cuidada, especialmente presentado para ocasiones especiales como una fiesta. Finalmente meals corresponde a platos preparados a base de verdura fresca como brócoli, zanahoria, apio, que incluye trozos de pechuga de pollo y se acompaña de salsa. Productos Premium Los productos “Premium” son productos cuyo argumento de venta principal es la calidad organoléptica y van destinados a consumidores con gusto por lo exquisito. Actualmente, ante la dificultad de competir en costes con ciertos países extracomunitarios que cuentan con un fácil acceso al recurso primario y con mínimo costes en mano de obra, las industrias europeas tienden progresivamente a la fabricar productos de alto valor añadido que les permitan obtener una posición competitiva en el mercado. Los productos “Premium” pueden alcanzar precios más elevados en el mercado, ya que el consumidor los percibe como productos de mayor valor añadido, bien sea por la calidad original de la materia prima, la combinación de ingredientes/aromas, por la marca del producto, etc. Los productos de esta tendencia vienen avalados por ejemplo, por la utilización de materias primas más frescas, o variedades de menor tamaño y textura más tierna o más exóticas, por empleo de procesos más artesanales o incluso por el empleo de ingredientes más selectos. También destacan los lanzamientos de productos amparados en figuras de calidad (denominación de origen, indicación geográfica, elaboración tradicional), que pueden asumir un precio superior ya que se perciben como productos de elevada calidad. Productos naturales La necesidad de mantener el sistema productivo y, a la par, preservar el medio ambiente, explica el interés creciente de la sociedad por encontrar sistemas sostenibles, alternativos al sistema industrial actual. Como respuesta a todo ello se ha experimentado un crecimiento en popularidad de los productos “ecológicos” y de los productos sin conservantes artificiales. Los consumidores a menudo, perciben los productos ecológicos como productos de mayor calidad y que aportan mayores beneficios para la salud en comparación con los productos no ecológicos, por eso están dispuestos a pagar un mayor precio por ellos. Aunque cabe indicar que España se encuentra todavía a la cola en el consumo de alimentos ecológicos en relación a sus vecinos comunitarios. También, se ha observado un aumento de la preocupación de los consumidores por el nivel de aditivos presentes en la comida lo que conlleva a un incremento de los productos etiquetados como libres de aditivos. La presencia de aditivos, conservantes, etc., es percibida por el consumidor como sustancias nocivas para la salud y posibles causantes del deterioro del organismo. Por ello, cada vez más los consumidores buscan como reclamo en los productos que consumen, la certificación de ser productos naturales y sin incorporación de aditivos artificiales, ya que así los identifican más directamente con una dieta sana y natural. Productos saludables Con el incremento de la esperanza de vida, se ha establecido como prioridad entre las personas el deseo de mantener una buena salud, funcionalidad y una máxima calidad de vida. Aunque la

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genética es un factor determinante en esta expectativa de vida, existen otros factores extrínsecos directamente implicados, entre los que cabe destacar la alimentación. Considerando pues, que la dieta del ser humano presenta una relación directa sobre la etiología de algunas enfermedades del corazón, cáncer, etc., algunos consumidores deciden modifican su alimentación poniendo especial cuidado en los alimentos ingeridos. Por ello, los consumidores quieren controlar su peso o mejorar su estado de salud sin que ello suponga una pérdida en la calidad organoléptica de los productos. Las investigaciones sobre el riesgo de cardiopatías y enfermedades cardiovasculares asociadas a una mala alimentación ha potenciado el desarrollo de alimentos saludables. Como consecuencia, se ha observado como aquellos declarados “bajos en…” han aumentado su popularidad y su presencia en el mercado. Por otra parte, también se ha observado que el temor de los consumidores por un consumo deficitario en determinados componentes ha llevado a los fabricantes a elaborar “productos enriquecidos”. A estos productos se les han añadido otros componentes tales como: fibra, vitaminas y minerales. En otras ocasiones, el producto es fuente natural de algún componente destacable dentro de una alimentación equilibrada, lo que se suele utilizar como reclamo publicitario (fuente natural de…). Productos étnicos Por otra parte, hay que considerar que cada vez son más el número de inmigrantes provenientes de países terceros. Ello implica que los consumidores se encuentran más acostumbrados a consumir productos diferentes y están mas interesados en descubrir nuevos sabores, añadiendo a sus comidas, aromas étnicos. Estos productos se centran principalmente en la comida asiática, platos indios o chinos, aunque también hay gran interés por las comidas tailandesas o mejicanas. Productos dirigidos a un grupo específico Actualmente la mayor parte de los productos lanzados al mercado son productos dirigidos hacia un grupo heterogéneo de consumidores, sin incidir en consideraciones específicas generadas por la edad concreta, la cultura, religión, etc.

Sin embargo se detecta que una de las tendencias que

cobrará importancia en los próximos años será el direccionamiento hacia un público más fraccionado, de tal modo que permita adecuar las características específicas del producto a las necesidades de un público concreto. En dichos casos la reformulación del producto original es considerada una etapa clave para adecuar el producto al público objetivo. Dentro de esta tendencia se pueden destacar potenciales públicos diana: 1

Personas con patologías específicas (colesterol, problemas cardiovasculares, etc.)

2

Personas con una situación fisiológica concreta (embarazadas, menopausia, etc)

3

Personas de una misma intervalos de edad (niños, adolescentes, etc)

4

Personas pertenecientes a una cultura o religión concreta (musulmanes, judios, etc)

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Oportunidades de negocio El crecimiento en el consumo de los productos IV y V gama no ha pasado inadvertido para los empresas fabricantes del sector de la alimentación quienes han mostrado su interés en diversificar su actual actividad o línea de negocio hacía la fabricación de estos productos. En este contexto, el conocimiento de la situación actual en cuanto a tendencias en el desarrollo de los productos IV y

V gama, supone una herramienta de gran ayuda a las empresas

agroalimentarias a la hora de ofrecer al consumidor una amplia gama de productos de alta calidad. Por otra parte, aquellas empresas del sector agrícola que se incorporen al sector de la IV y V gama, van a tener la oportunidad de aumentar el valor de sus productos, siendo capaces de ofrecer al consumidor aquellos productos frescos que ya de por sí son garantía de calidad, en un nuevo formato que facilita su consumo. El auge de la restauración colectiva ha ido ligada a la aplicación en el sector de nuevas tecnologías de conservación que garantizan una mejor y mayor vida útil de los alimentos, al empleo de procesos de regeneración y enfriamiento más rápidos, eficaces y seguros, o al uso de técnicas de producción especializadas. En los últimos años se están empleando dentro del sector de la restauración nuevos modos de operar antes inexistentes, como la denominada “cocina de ensamblaje”. Se basa en el concepto de preparar o “montar” los platos a partir de productos con algún grado de elaboración que son combinados según una receta, con o sin cocción. Y en concreto se apoya en ambas tipologías de productos IV y V gama que supone un importante valor añadido al sector con ventajas notables. Por un lado, se reducen las necesidades en cuanto a profesionales especializados, lo que supone minimizar los costes relativos a salarios; por otro lado, la manipulación que se lleva a cabo en el establecimiento restaurador es mínima, de fácil aprendizaje y gran reducción de desperdicios y mermas; además, los requerimientos en equipos son menores dando lugar a cocinas más sencillas y con menor inversión inicial; por último, se tiene la garantía de ofrecer productos de calidad estable y con una mayor seguridad higiénico sanitaria. Adicionalmente, supone para las empresas agroalimentarias una nueva vía de comercialización de productos ajustados a las necesidades de los establecimientos de restauración, en cuanto a formato, peso, modo de empleo, etc, y con una adecuada vida útil y comodidad de uso, reduciendo de manera significativa los tiempos de elaboración del plato final y los requerimientos de mano de obra. En este ámbito, los centros de investigación disponen de una amplia experiencia en el desarrollo de esta tipología de productos, consecuencia de trabajos experimentales realizados durante los últimos años. En este sentido, son capaces de proporcionar una asistencia integral en su desarrollo, favoreciendo la garantía de éxito en el lanzamiento comercial. Dicha asistencia abarca, entre otros, aspectos tales como caracterización y evaluación de la aptitud tecnológica de las materias primas, identificación de recetas y selección de ingredientes, ajuste de los tratamientos de higienización (IV gama) y del tratamiento térmico (V gama) para alcanzar la caducidad y calidad sensorial y nutricional

deseada,

selección

de

los

materiales

microbiológicos y sensoriales.

49

de

envasado,

y

estudios

de

vida

útil

Resumen La revalorización de subproductos agroalimentarios puede conseguirse mediante su utilización como materia prima para la obtención de extractos naturales con propiedades bioactivas de interés (antipiréticas, antimicrobianas, antioxidantes, etc.). Para tal fin, se hace necesario el desarrollo de procesos de extracción verdes, sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. En este sentido, la tecnología con Fluidos Supercríticos (FSC’s) está despertando un creciente interés gracias a sus ventajas en comparación con métodos convencionales. El objetivo de este trabajo ha sido el estudio de la extracción de antioxidantes a partir de subproductos del procesado de oliva y vid mediante el empleo de una tecnología limpia, como por ejemplo la extracción con CO2 supercrítico (CO2-SC), en comparación con otros métodos. De esta forma, a partir de materias primas pretratadas, se han aplicado procedimientos de extracción sólido-líquido (convencional) y de extracción supercrítica. La composición de los extractos se ha caracterizado aplicando el método FRAP adaptado. Con el objetivo de comparar los extractos convencionales y supercríticos, las unidades de actividad se han expresado por unidad de extracto seco. En algunos casos, los extractos-SC exhiben una actividad antioxidante mayor que la de los convencionales. Palabras Clave Extracción, fluidos supercríticos, dióxido de carbono, subproductos, compuestos bioactivos, capacidad antioxidante, olivo, uva. Las técnicas de cultivo intensivo y la industrialización de productos agroalimentarios generan una importante cantidad de subproductos, clasificados dentro del grupo 02 del Catálogo Europeo de Residuos. Estos productos secundarios, además de suponer un riesgo medioambiental importante, no generan ningún beneficio económico en las empresas y sí un coste de gestión y eliminación. Según

la

legislación

europea,

una

gestión

de

residuos

adecuada

implica

tres

aspectos

fundamentales: la reducción en origen, la reutilización y el reciclaje. Mientras que la reducción en origen depende de las posibilidades de mejora de los procesos de transformación de las materias primas, las alternativas de la reutilización o el reciclaje son aplicables cuando los subproductos generados en dichos procesos pueden ser de utilidad de cara a la obtención de otros productos, ya sean alimentarios o no. Una de las alternativas de valorización de materias primas secundarias infrautilizadas puede asociarse a la recuperación selectiva en forma de extracto de alguna sustancia identificada por los consumidores y empresarios como sustancia de interés. Los extractos, tanto de plantas como de subproductos agroalimentarios, pueden presentar una gran variedad de aplicaciones como

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remedios naturales, ingredientes alimentarios, fármacos, productos cosméticos, etc. Se pueden utilizar diferentes partes de las plantas y distintas fracciones de subproductos agroalimentarios (raíces, hojas, semillas, pieles, aceites residuales, etc.) dependiendo del principio activo objetivo, pudiéndose obtener extractos sólidos y líquidos según las técnicas de extracción y las características de la materia prima. Estas premisas se encuentran en la base de numerosas iniciativas y proyectos de investigación orientados a identificar y dar a conocer posibilidades técnicas de interés para mejorar la competitividad de sectores maduros pero relevantes a escala nacional y/o europea. Como consecuencia de estos procesos de transformación, se generan importantes volúmenes de materias primas secundarias que contienen sustancias de interés que pueden ser recuperables mediante la aplicación de operaciones y tecnologías adecuadas. Sobre estas premisas se asienta el proyecto europeo BIOACTIVE-NET (figura 1), en el que participan centros de investigación y empresas de cinco países europeos (Alemania, Francia, Italia, Grecia y España) y se está desarrollando en la actualidad. El objetivo principal del proyecto BIOACTIVE-NET es plantear y difundir a las pyme transformadoras, las estrategias para la extracción de componentes bioactivos en los residuos obtenidos en el procesado de tomate, aceite de oliva y vino. Como consecuencia de este proyecto, tanto productores de este tipo de residuos como potenciales usuarios finales de los principios bioactivos susceptibles de ser extraídos tienen a su disposición información de interés para valorar posibilidades de sacar partido de este valor añadido por explotar. Figura 1. Página web del proyecto europeo BIOACTIVE-net, para la extracción de compuestos bioactivos a partir de subproductos del procesado de vegetales.

Entre los tipos de sustancias bioactivas de origen natural, los compuestos antioxidantes están despertando el interés de investigadores, empresarios y consumidores por sus potenciales beneficios sobre la salud como alternativa a los antioxidantes sintéticos y sus potenciales aplicaciones en farmacia, parafarmacia, cosmética y alimentación. Este hecho ha motivado un

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crecimiento notable del mercado de productos que contienen antioxidantes de origen natural como ingredientes funcionales (figura 2).

Annual increase

14 12

1.000 800

10 8

o-

May’05.

Little,

Global

search

(Arthur

D.

Management

Consulting)

th

er

2nd

Data

pr

e&

pr

et

www.adlittle.

O

s ot bi

fib

ic

er

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co

et

, rs ga

Elaboración propia, datos de

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al

in am & ns

ho

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H

ci

er

al s er

nt M

da xi tio an & s in m

s

2 0 PU FA S

200 s

6 4

bs

600 400

Anual increase (%)

Market

1.400 1.200

s

Market volume (Meuros)

Figura 2. Datos de mercado de productos nutracéuticos

Una característica común a los productos secundarios generados de la actividad agroalimentaria es su potencial como fuente de obtención de antioxidantes naturales (Moure et al., 2001; Schieber et al., 2001; Miliauskas et al. 2004). Por lo tanto, una forma de valorización de estos residuos es utilizarlos como materia prima para la extracción de antioxidantes naturales (Pascual-Martín et al., 2001; Rozzi et al. 2002; Llorach et al., 2003; Rehman et al., 2004) con un importante valor económico y que pueden utilizarse por sus propiedades como agentes conservantes en la industria agroalimentaria, farmacéutica o cosmética o incluso como ingredientes funcionales (Pszczola, 2003). Para la revalorización de subproductos agroalimentarios como materia prima para la obtención de extractos

naturales

con

propiedades

bioactivas

de

interés

(antipiréticas,

antimicrobianas,

antioxidantes, etc.), se hace necesario el desarrollo de procesos de extracción verdes, sostenibles y respetuosos con el medio ambiente. En este sentido, existen diversas técnicas extractivas que pueden considerarse como convencionales y que en la actualidad están siendo utilizadas con fines comerciales (destilación, destilación por arrastre de vapor, disolventes orgánicos, etc.). En algunas de estas técnicas, los extractos naturales se ven sometidos a extracciones en medio líquido en las que se emplean disolventes peligrosos para los trabajadores, el medioambiente, y también, para los consumidores debido a la presencia de trazas de componentes tóxicos en extractos finales. De hecho, el contenido de disolventes máximo permitido en extractos naturales está haciéndose cada vez más restrictivo debido a normativas y leyes, como por ejemplo, DIR 1999/13/EC. Estas reglas generales junto con las necesidades de preservación del medioambiente y ahorro energético, están estimulando la inversión en la búsqueda de alternativas tecnológicas avanzadas al objeto de minimizar el consumo de energía y promover procesos verdes y sostenibles en cumplimiento con los requisitos de seguridad. En este contexto, la tecnología de Fluidos Supercríticos (FSC’s) está despertando un creciente interés gracias a sus ventajas en comparación con métodos convencionales. Las ventajas de los procesos extractivos con fluidos supercríticos - extracción supercrítica (ESC) a partir de sólidos o

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fraccionamiento supercrítico de líquidos (FFS)- derivan directamente de las características que presenta el estado supercrítico, el cual se alcanza cuando un fluido se encuentra en condiciones de presión y temperatura por encima de su punto crítico (King, 2000). El fluido supercrítico pasa a través de la materia prima extrayendo los compuestos solubles, que más tarde son sometidos a una separación flash en una cámara donde se separa el extracto del fluido supercrítico. Gracias a la alta eficacia y facilidad con la que ocurre esta etapa de separación, se obtienen extractos exentos de trazas de disolventes. Otra característica positiva de los fluidos supercríticos es que su poder disolvente se puede regular mediante cambios en la presión y/o en la temperatura. Los extractos supercríticos se pueden fraccionar mediante etapas de separación intermedias o si resulta apropiado, mediante un tratamiento posterior de FFS. Los procesos de extracción con fluidos supercríticos normalmente utilizan generalmente dióxido de carbono como agente de extracción, dadas sus ventajosas propiedades. Las condiciones supercríticas del CO2 se pueden alcanzar mediante temperaturas moderadas y presiones moderadas, que hacen factible su aplicación técnica incluso a escala industrial. Dado que no se requieren temperaturas elevadas, el CO2-SC puede también emplearse para extraer compuestos lábiles que no se pueden purificar mediante destilación por arrastre de vapor u otras técnicas que requieren temperaturas elevadas. En comparación con otros fluidos supercríticos, el CO2 no es tóxico, inflamable o explosivo, lo que lo representa no sólo una ventaja comparativa frente a otros fluidos supercríticos sino también frente a disolventes orgánicos convencionales relacionados con emisión de compuestos orgánicos volátiles (COV) así como riesgos de seguridad en la manipulación y el almacenamiento. Además, el CO2 se encuentra ampliamente disponible a precios razonables. De esta manera, este fluido se puede considerar como un disolvente ideal para la industria agroalimentaria, farmacéutica y cosmética en las que es importante obtener productos con un alto grado de pureza. Aunque es conocida la aplicación de la extracción con fluidos supercríticos en numerosas aplicaciones industriales (por ejemplo, la descafeinización de café, a eliminación de la teína del té, la extracción de lúpulo, etc.) las aplicaciones del CO2 se siguen ampliando y se encuentran en desarrollo procesos de extracción diversas como los relacionados con la obtención y/o purificación de aceites o la recuperación de principios activos de materias primas infrautilizadas (por ejemplo, la extracción de oleuropeósidos como la oleuropeína y otros antioxidantes naturales a partir de hojas de olivo, recuperación de polifenoles como el resveratrol a partir de hollejo y pieles de uva). En cuanto a los productos orientados a la transformación, los cultivos del olivo (2.453.048 ha) y de la vid (1.129.040 ha) son de referencia en nuestro país (MAPA, 2005) generando importantes cantidades de subproductos. En cuanto al olivo (Olea europaea), su poda genera unos 7 kg de residuos por cada árbol. Las hojas presentan una importante cantidad de compuestos fenólicos que han demostrado poseer propiedades antioxidantes, antipiréticas y antimicrobianas. En relación con la uva, los tres principales subproductos de la industria vinícola son raspón, orujos y lías. En los últimos años ha surgido un interés por la obtención de extractos a partir de las semillas y hollejos de uva con aplicación como antioxidantes lipídicos en alimentos o suplementos dietéticos para la prevención de enfermedades (Bonilla et al., 1999; Shrinkhande, 2000; Torres et al., 2002). Sin

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embargo, aunque el raspón representa el 4% de la materia prima que entra en las bodegas, los estudios realizados sobre esta materia prima infrautilizada son limitados. Estudios preliminares parecen destacar el alto índice de resveratrol en el raspón de uva, mayor que las cantidades encontradas en el propio vino, orujos, y otros subproductos (Alonso et al., 2002). Tanto las hojas de olivo como el raspón de uva son ejemplos de subproductos sin un aprovechamiento destacable pero que contienen cantidades importantes de sustancias con capacidad antioxidante. Dado que presenten características generalizables a otros subproductos como la necesidad de aplicar pretratamientos previos a la extracción (secado, reducción de tamaño, etc.) se planteó estudiar la recuperación de sustancias antioxidantes a partir de estas materias primas en un proyecto de investigación que se está llevando a cabo de forma coordinada entre la Universidad Politécnica de Valencia y ainia, centro tecnológico. El objetivo de este trabajo ha sido el estudio de la extracción de antioxidantes naturales de hojas de olivo y el raspón de uva haciendo uso de la tecnología de extracción con dióxido de carbono supercrítico como alternativa a los métodos tradicionales de extracción con disolventes orgánicos. Las hojas de olivo fueron secadas, molidas y tamizadas para conseguir tamaños de partículas más pequeños y homogéneos. Con el mismo fin, el raspón de uva se secó y troceó. La evaluación de la capacidad antioxidante de lo extractos supercríticos y convencionales se realizó aplicando procedimientos basados en el método FRAP (Pulido et al, 2000; Jiménez-Escrig, 2001). Se realizaron extracciones sólido-líquido con agua, etanol y mezclas hidroalcohólicos, con temperaturas entre 323 y 343 K y relaciones disolvente: materia prima entre 4 y 6. En cuanto a las extracciones con CO2 supercrítico, se realizaron aplicando presiones de entre 15 y 28 MPa, temperaturas entre 318 y 343K, y ocasionalmente, etanol como modificador. En el caso de las hojas de olivo, los rendimientos de extracción supercrítica resultaron inferiores a los de la extracción sólido-líquido (tabla 1). Sin embargo, los extractos conseguidos con extracción supercrítica presentaron valores de capacidad antioxidante hasta diez veces superiores que los conseguidos mediante extracción sólido-líquido (figura 3). Tabla 1. Condiciones operativas y rendimientos de extracción con hoja de olivo (I)

1.a) extracción supercrítica HJ-FSC-1 HJ-FSC-2

HJ-FSC-3 HJ-FSC5

Materia prima (g)

82,95

80,24

81,35

193,19

Flujo (kg/h)

4

4

4

9,5

Presión (MPa)

25

25

25

15

% codisolvente (%)

-

-

2

-

Extracto seco (g)

0,96

0,64

1,60

4,99

0,008

0,020

0,026

Masa de extracto por unidad de material 0,012 prima (g/g)

55

Tabla 1. Condiciones operativas y rendimientos de extracción con hoja de olivo (II)

1.b) extracción sólido-líquido HJ-

HJ-

HJ-conv-5

HJ-conv-6

conv-1 conv-4 Disolvente

Etanol

(80/20)

(80/20)

70

50

70

0,1838 0,1285

0,2196

0,2193

Temperatura (ºC) Masa de extracto por unidad de material

Agua Etanol/agua Etanol/agua

70

prima (g/g)

Antioxidant power (micromol TROLOX/g)

Antioxidant power (micro mol TROLOX/g)

Figura 3. Capacidad antioxidante de extractos de hoja de olivo mediante extracción sólido líquido y extracción supercrítica.

1200,00 1000,00 800,00 600,00 400,00 200,00

1200,00 1000,00 800,00

1 2 3

600,00 400,00 200,00 0,00 HJ-FSC-1

HJ-FSC-2

HJ-FSC-3

HJ-FSC-4

0,00 HJ-conv-1 HJ-conv-4 HJ-conv-5 HJ-conv-6

En el caso del raspón de uva, tanto los rendimientos de extracción como la capacidad de los extractos supercríticos resultaron inferiores a los de las extracciones sólido-líquido, por lo que se ha planteado el estudio de otras estrategias de extracción complementarias. Como conclusión, se ha comprobado la presencia de sustancias bioactivas en materias primas infrautilizadas y susceptibles de aprovechamiento. La recuperación mediante procesos extractivos de estas sustancias bioactivas requiere el desarrollo de procesos ad hoc y la correcta selección de las tecnologías a aplicar. Entre ellas se encuentra la extracción supercrítica, que puede ser adecuada en algunos casos pero no puede considerarse como una solución universal. Por tanto, la extracción con dióxido supercrítico debe considerarse conjuntamente con otras estrategias a la hora de plantear el aprovechamiento de subproductos agroalimentarios.

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Agradecimientos Estas actividades se han realizado en el contexto del proyecto BIOACTIVE, financiado por la Unión Europea (FOOD-CT-2006-43035) y el proyecto OISESA-MOPEX, financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia (AGL2005-08093-C02-02/ALI). Bibliografía
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57

Introducción El aspecto de los alimentos ejerce una gran influencia en la decisión de compra de los consumidores. Es por ello que, desde hace muchos años, se realiza un control visual mediante operarios humanos de numerosos productos alimentarios durante el proceso de producción y envasado. Para automatizar y sistematizar la inspección de los productos alimentarios se han aplicado técnicas de visión artificial desde la década de los 90. Sin embargo, en estos últimos años la preocupación por la seguridad de los alimentos ha ido en aumento, con lo que además de ser de excelente calidad, los productos dirigidos al consumo humano han de ser seguros y, además, saludables.

Uno de los problemas relacionados con la seguridad alimentaria y que no puede resolver la inspección mediante técnicas convencionales como la visión artificial es la detección de cuerpos extraños. Por cuerpo extraño se entiende a cualquier elemento ajeno a los ingredientes base del producto que se está elaborando y que aparezca en el producto final que llega al consumidor. Aunque es un problema que tiene una frecuencia de aparición mínima, su repercusión en los consumidores es enorme, pudiendo llegar a devaluar la imagen de calidad de una empresa entre los consumidores de manera muy importante.

El centro tecnológico ainia ha venido detectando en estos últimos años un interés creciente de las grandes

cadenas

de

distribución

y

de

las

empresas

productoras

por

ofrecer

alimentos

absolutamente seguros. Para ello se trata de implantar sistemas que sean capaces de detectar cuerpos extraños basados en tecnologías convencionales y maduras, así como de desarrollar proyectos de implantación de nuevas tecnologías que traten de asegurar la ausencia de cualquier tipo de cuerpo extraño.

Técnicas convencionales aplicadas en la detección de cuerpos extraños La detección de cuerpos extraños en los productos alimentarios se ha abordado gasta ahora mediante el empleo de técnicas convencionales bien conocidas y empleadas en diferentes campos de aplicación. Entre ellas cabe destacar: la detección de metales, los rayos X, la resonancia magnética nuclear y la visión artificial. Sin embargo todas ellas presentan algunos inconvenientes que las hacen aplicables tan sólo en algunos casos muy concretos.

59

Los detectores de metales se basan en una tecnología ya madura y que cuenta con una elevada implantación en numerosos sectores. Presentan como mayor inconveniente la incapacidad de detectar otro tipo de cuerpos extraños que no sean metálicos.

Los rayos X funcionan de manera muy eficaz con cuerpos extraños con densidades superiores a las del producto que se está midiendo, pero tienen dificultades en la detección cuando las densidades se acercan a la del producto alimentario (cartón, papel, huesos, plásticos de baja densidad, grumos o insectos). Asimismo, esta técnica presenta los inconvenientes de su elevado precio y de los elevados requerimientos de seguridad que conlleva cualquier instalación radioactiva para los trabajadores que operan en su entorno.

La resonancia magnética nuclear es una tecnología que se está empezando a emplear en el campo alimentario pero prácticamente sólo a nivel de investigación; además de tratarse de equipos extremadamente caros actualmente, los análisis que son capaces de efectuar son suficientemente lentos como para ser realizados en continuo a las velocidades de cualquier línea de producción.

La visión artificial es una técnica idónea para analizar el aspecto, pues se basa en la interacción de la luz visible con la materia. Sin embargo, al tratarse de una radiación poco penetrante, en la mayoría de los casos no se puede aplicar para detectar cuerpos extraños en productos que no sean transparentes o que hayan sido previamente envasados. Por tanto, sólo se puede emplear con efectividad en la inspección de envases transparentes.

Técnicas emergentes aplicadas a la detección de cuerpos extraños De entre las técnicas emergentes que se están empleando en la actualidad para tratar de detectar cuerpos extraños, cabe citar la visión multiespectral, la termografía y los ultrasonidos. La visión multiespectral se basa en el análisis de imágenes en otras bandas del espectro diferentes al visible (infrarrojos fundamentalmente), lo que permite detectar defectos o presencia de objetos indeseados que al sistema visual humano se le puedan escapar. De ese modo podría ser abordable la detección de defectos, de problemas originados por plagas o contaminación microbiológica y la presencia de cuerpos extraños. Esto tiene su fundamento físico en la absorción que en determinadas bandas del espectro se produce ante la presencia de ciertos compuestos (espectroscopia), y en la medida en que su composición difiera del producto base, pueden ser detectables.

La visión multiespectral es una técnica apropiada para detectar cuerpos extraños con composición diferente a la del producto: cáscaras, piedras, huesos e insectos. En cambio, no es capaz de detectar objetos de composición similar: grumos de producto, fragmentos vegetales… Es aplicable en sólidos en grano sobre cinta de transporte o en líquidos transparentes o translúcidos. Una limitación de esta técnica es que se debe aplicar antes del envasado, puesto que la radiación infrarroja no atraviesa ni plásticos ni vidrios.

60

La termografía es una técnica basada en el análisis de imagen mediante cámaras sensibles a la banda del espectro electromagnético que va desde los 900 hasta los 14.000 nm. Puesto que la radiación infrarroja emitida por cualquier cuerpo es proporcional a la temperatura, las cámaras termográficas captan esa radiación y la transforman en una imagen en la banda del espectro visible (para el sistema visual humano). El principio de funcionamiento se basa en que objetos de diferente composición tienen un coeficiente de difusividad distinto, con lo que retienen la temperatura de modo desigual. Basándose en este principio, es posible detectar cuerpos extraños si su composición es diferente al la del producto alimentario que se desea analizar.

La termografía es una técnica especialmente indicada cuando hay algún tipo e tratamiento térmico durante el procesado y cuando se pretende detectar cuerpos extraños con coeficiente de difusividad distinto al del producto, como es el caso de los metales, maderas, cartón… En cambio, no es capaz de detectar objetos con un coeficiente de difusividad similar al del producto (piedras, grumos de producto, insectos…).

Se trata de una técnica aplicable en productos sólidos en grano sobre cinta de transporte y bajo espesor de tomo (menor de 3-5 cm) con la limitación de no poder inspeccionar objetos envasados puesto que se basa también en la radiación infrarroja, que no es capaz de atravesar los materiales de envasado habitualmente empleados.

Los ultrasonidos son ondas acústicas con frecuencias superiores al límite audible por los seres humanos, a partir de 20 kHz. Aunque existen aplicaciones en medicina para visionar el interior del cuerpo humano (ecografías) y en aviónica para detectar grietas y fisuras, desde hace relativamente poco tiempo se han empezado a aplicar en el control de calidad de alimentos.

El funcionamiento de los ultrasonidos para la de detección de cuerpos extraños se basa en las diferencias de impedancia acústica entre el producto y los cuerpos extraños. Al encontrar en el producto un cuerpo extraño, éste provoca que las ondas acústicas reboten, produciendo un eco en la señal que el sistema es capaz de detectar (efecto radar, aplicado en el campo de las microondas).

Los ultrasonidos permiten la detección de cuerpos extraños que tengan densidad y textura diferente a la del producto: piedras, metales, vidrios, gomas, maderas, huesos, plásticos e insectos. Sin embargo, no permite la detección de cualquier objeto que tenga aire a su alrededor o que no suponga un cambio de fase con el producto. Por tanto, es aplicable en productos líquidos y sólidos que no contengan burbujas o discontinuidades en la propagación de las ondas. Una de las grandes ventajas de los ultrasonidos es su aplicabilidad a multitud de formatos de envase diferentes, como en botellas, tarros, barquetas y latas de conserva. La principal limitación viene impuesta por la necesidad de disponer de contacto directo entre el transductor y el producto.

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Metodología de trabajo en la detección de cuerpos extraños Por supuesto, antes que detectar cuerpos extraños, conviene prevenir y evitar las causas que generan esos cuerpos extraños, como por ejemplo: -

Procurando que los proveedores suministren la materia prima en las mejores condiciones.

-

Implantando guías de buenas prácticas y comprobando su cumplimiento.

-

Implantando un sistema de APPCC y utilizando herramientas informáticas para su seguimiento.

-

Implantando una sistemática de gestión ante situaciones de crisis alimentarias.

-

Incluyendo en el proceso productivo aquellos sistemas mecánicos de bajo coste como cribadores, lavadores, separadores, etc. que puedan reducir y minimizar el problema.

Si con las medidas anteriores no es suficiente, es entonces cuando se hace necesario aplicar nuevas técnicas que permitan ver más allá de lo que puede ver el sistema visual humano. Previamente es preciso dar una serie de pasos que se resumen a continuación: -

Identificar el tipo y naturaleza de los cuerpos extraños que se desea eliminar, confeccionando una tabla con tipos, tamaños e importancia.

-

Cruzarla con la tabla de tecnologías y las características de detección de cada una de las técnicas.

-

Solicitar pruebas a los proveedores de equipamiento o a algún centro de investigación con capacidad para hacer el estudio.

-

Estudiar los costes no sólo del equipo o sistema, sino también del mantenimiento, calibración, etc.

-

Implantar el sistema en una línea de producción y realizar baterías de pruebas con muestras problema y muestras correctas para chequear el sistema y ajustarlo.

Tendencias y previsiones futuras Las ventajas fundamentales de las técnicas emergentes anteriormente explicadas es que se trata de técnicas no destructivas, capaces de inspeccionar el 100% de la producción y de bajo coste. La limitación es que aunque los dispositivos en que se basan están comercialmente disponibles, aún no hay fabricantes de maquinaria que las integren, por lo que su aplicación pasa por la realización de estudios previos y el desarrollo de soluciones a medida. Del mismo modo que pasó por ejemplo con los sistemas de visión artificial, es necesario pasar por un proceso de desarrollo de soluciones a medida hasta que sean soluciones incorporadas directamente por los fabricantes de maquinaria de producción y envasado. Desde el centro tecnológico ainia se está trabajando en el desarrollo de numerosas aplicaciones prácticas basadas en las tecnologías anteriormente descritas y que tienen una finalidad clara y evidente: garantizar la idoneidad de los alimentos que llegan al consumidor final. Finalmente cabe comentar que no es descartable en algunos casos la posibilidad de combinar varias técnicas para conseguir una detección completa de cuerpos extraños de diferente naturaleza.

62

Resumen Durante los últimos años, la producción de plásticos ha crecido exponencialmente, al tiempo que ha aumentado la preocupación por el medio ambiente. Este trabajo se centra en el desarrollo de procesos que permitan la biodegradación de residuos plásticos de uso común, como una alternativa viable a la gestión en vertedero. Se identificaron una serie de microorganismos y se sometieron a ensayos de biodegradación empleando diferentes pretratamientos. Por último, se realizó un estudio de la viabilidad técnica de los resultados, partiendo de los datos experimentales obtenidos en el laboratorio, así como un análisis comparativo del ciclo de vida de los residuos.

Introducción Durante los últimos 30 años, la producción de plásticos ha crecido exponencialmente, al tiempo que ha aumentado la preocupación por el medio ambiente. Según los expertos, los residuos plásticos generados por el hombre tardan una media de 100 años en descomponerse, producción de la que casi el 50% se dirige hacia el sector del envase y embalaje. En este ámbito se enmarca esta línea de trabajo, con la finalidad de resolver las dificultades existentes para la gestión de los residuos plásticos provenientes del envasado de alimentos, problema que actualmente no está resuelto de forma completa. El objetivo fue el desarrollo y optimización de procesos que permitan la biodegradación de residuos sólidos plásticos como una alternativa viable a la gestión en vertedero. En concreto, se trabajó con plásticos de uso común, relacionados con la industria alimentaria, cuya acumulación supone un alto impacto medioambiental. Se identificaron una serie de microorganismos con capacidades metabólicas adecuadas para poder degradar los plásticos de uso alimentario y se sometieron a ensayos de biodegradación. Además, las muestras se sometieron a diferentes pretratamientos, con la finalidad de hacer los residuos plásticos más accesibles para los microorganismos e intentar acelerar el proceso biológico natural de degradación.

64

Por último, se realizó un estudio de la viabilidad técnica de los resultados, partiendo de los datos experimentales obtenidos en el laboratorio, así como un análisis comparativo del ciclo de vida de los residuos. Materiales y Métodos 2.1. Pretratamiento de las muestras plásticas El material plástico utilizado en los ensayos de biodegradación fueron muestras de polietileno de baja densidad (PEBD). Las muestras se sometieron a 3 tipos de tratamientos físicos: -

Tratamiento 1: exposición a radiación ultravioleta, a una longitud de onda de 254 nm, a una distancia de 20 cm durante 68 h.

-

Tratamiento 2: procesado térmico a 55 ºC durante 1 mes.

-

Tratamiento 3: combinación de radiación ultravioleta (
=254 nm a 20 cm de distancia, durante 52 h) y tratamiento térmico ( 55ºC, 12 días)

Después del tratamiento físico, las muestras se recortaron en pequeños trozos circulares de un centímetro de diámetro, se lavaron con etanol y se secaron durante toda la noche antes de su uso en el ensayo de biodegradación mediante incubación con el microorganismo.

Figura 1. Muestras plásticas utilizadas en el ensayo de biodegradación.

2.2. Ensayo de biodegradación Los ensayos de biodegradación se basaron en la capacidad de B. borstelensis para utilizar el polietileno como fuente de carbono. Por ello, las pruebas de biodegradación se realizaron en matraces de 250 ml utilizando medio mínimo (NH 4NO3, MgSO4, K 2HPO4 , CaCl2, KCl, yeast extract,

FeSO4 ,

ZnSO4,

MnSO4)

suplementado

con

distintas

muestras

plásticas,

en

proporciones de 150 mg de plástico por 50 ml de medio. Los matraces una vez inoculados con B. borstelensis (ATCC 51668) se introdujeron en una bolsa de film barrera (Figura 2). Las incubaciones se realizaron durante un mes a tres temperaturas: 37ºC, 46 ºC, y 55 ºC. Al cabo del mes se tomaron medida del posible CO2 generado y se midió el peso de las muestras plásticas (Figura 3).

65

Figura 2. Metodología de trabajo utilizada en la experiencia de degradación microbiológica.

Resultados 3.1. Ensayos de biodegradación. En el ensayo de biodegradación se analizaron diversos parámetros como muestra plástica distinta de PEBD, poliestireno (PS); efecto del surfactante y efecto de los pretratamientos antes de la degradación biológica. Se observa que Brevibacillus borstelensis es capaz de utilizar el PEBD como fuente de carbono.

Figura 3. Porcentaje de pérdida de peso de las muestras plásticas después de un mes de incubación a distintas temperaturas.

3.2. Condiciones óptimas de biodegradación. Las muestras fueron pretratadas con radiación UV durante 68 h e incubadas durante un mes a distintas temperaturas en presencia de B. borstelensis. Las condiciones de biodegradación seleccionadas como óptimas fueron el pretratamiento de radiación ultravioleta y la incubación a 55ºC. La figura 4 muestra las diferencias obtenidas en cuanto a pérdida de peso de polímero en las diferentes condiciones ensayadas.

66

% pérdidaa de peso

Efecto del pretratamiento UV

16 14 12 10 8 6 4 2 0 sin B.borstelensis

37ºC

46ºC

55ºC

Figura 4. Porcentaje de pérdida de peso de las muestras plásticas.

3.3. Análisis de la viabilidad medioambiental y del Ciclo de Vida de B. borstelensis Finalmente se llevó a cabo un análisis de la viabilidad medioambiental y del ciclo de vida, cuyos resultados se muestran esquemáticamente en la figura 5.

Impactos vertedero y transporte

Impactos Tratamiento biológico y transporte

5% 12%

1% 6%

Method : CML2000-Greenhouse effect (direct, 100 years)

CML2000-Greenhouse effect (direct, 100 years) USES 2.0-Human Toxicity

Method : USES 2.0-Human Toxicity

USES 2.0-Terrestrial Ecotoxicity

Method : USES 2.0-Terrestrial Ecotoxicity

82%

94%

Figura 5.Tratamiento usual en vertedero (izquierda) vs tratamiento biológico previo a la gestión en vertedero (derecha).

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Conclusiones Este estudio, muestra que el PEBD (considerado como inerte) puede ser degradado por el microorganismo Brevibacillus borstelensis tal y como se describe a continuación: -

B. borstelensis utiliza el PEBD como fuente de carbono a las temperaturas 37 ºC, 46 ºC y 55 ºC durante 1 mes de incubación. También es capaz de utilizar PS como fuente de carbono a las temperaturas de 46 y 55 ºC en el mismo tiempo de incubación.

-

La presencia de surfactante (Tween 80) facilita la biodegradación del PEBD, en las tres temperaturas ensayadas (37 ºC, 46 ºC y 55 ºC ).

-

La irradiación del PEBD como pretratamiento fotooxidativo previo a la incubación con B. borstelensis a 55 ºC muestra el mayor grado de biodegradación (% pérdida de peso) observado en el ensayo.

-

Aprovechamiento del metano como fuente de energía evitando que se libere a la atmósfera.

-

Disminución del efecto invernadero, relacionado directamente con la degradación de la capa de ozono.

Referencias [1]

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D. Hadad, S. Geresh and A. Sivan, “Biodegradation of polyethylene by the thermophilic bacterium Brevibacillus borstelensis”, J. of App. Microbiol. Vol. 92, issue 5. pp.1093, (2005).

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Y. Otake, T. Kobayashi, H. Asahbe, N.Murakami and K. Ono, “Biodegradation of low density polyethylene, polystyrene, polyvinyl-chloride, and urea-formaldehyde resin buried under soil for over 32 years”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 56, pp.1789-1796, (1995).

Agradecimientos Agradecimientos al Ministerio de Medio Ambiente por la financiación parcial de este proyecto, a través del Programa Nacional de Ciencias y Tecnologías Medioambientales del Plan Nacional de I+D+i 2004-2007. MAM 2.5-293/2005/3-A.

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