Aplicación de ultrasonidos en tratamientos poscosecha: una perspectiva

Ultrasonidos en poscosecha

Los procesos de ultrasonidos en poscosecha desactivan microorganismos y enzimas, descontaminando y aumentando la vida útil de frutas y verduras

Por Beatriz Riverón, Bioquímica farmacéutica

El sonido es una oscilación de partículas (es decir, átomos y moléculas) en un medio elástico, propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles, “deformaciones elásticas” cuando son sometidos a la acción de fuerzas externas y de recuperar su forma original si estas fuerzas externas son eliminadas.

Las oscilaciones desplazan las partículas de la posición de reposo y a lo largo de la dirección de propagación de la onda provocada por los movimientos vibratorios. Estas vibraciones son producidas por un objeto dado, que se denomina fuente de sonido, que es cualquier cuerpo capaz de hacer oscilar el aire con ondas de frecuencia y amplitud detectables por nuestros oídos.

Es el elemento responsable de la emisión del sonido. el cual transmite su movimiento a las partículas adyacentes en virtud de las propiedades mecánicas del medio. Cuando comienza la oscilación, las partículas transmiten sus movimientos a las partículas vecinas, y estas partículas a su vez transmiten sus movimientos a otras, provocando una variación local de presión; por lo tanto, un simple movimiento vibratorio se propaga mecánicamente para producir una onda sonora u onda acústica.

 

Sonidos y ultrasonidos

Los sonidos y los ultrasonidos difieren en frecuencia: las ondas sonoras se propagan a frecuencias audibles para el oído humano (de 16 Hz a 16–20 kHz), mientras que las ondas de ultrasonido se propagan a frecuencias superiores a 20 kHz (límite superior de audibilidad para el oído humano) hasta frecuencias de 10 MHz, que luego, procede a la llamada región hipersónica.

La naturaleza ha creado las primeras aplicaciones de ultrasonido. Los murciélagos usan ultrasonido para navegar en la oscuridad, y muchos cetáceos usan ecolocalización para detectar presas u obstáculos usando ultrasonido producido por su sistema vocal.

 

Usos del ultrasonido y efectos

El ultrasonido se asocia comúnmente con el campo biomédico. Hoy en día, los métodos y equipos basados ​​en ultrasonido están disponibles para detectar órganos, movimiento, masas tumorales y discapacidades prenatales y posnatales, y para la eliminación de cálculos renales, fisioterapia y curas estéticas.

Sin embargo, el ultrasonido también ha encontrado múltiples aplicaciones en muchos otros campos. En particular, el ultrasonido se ha utilizado recientemente en la industria alimentaria para desarrollar varias aplicaciones de procesamiento de alimentos efectivas y confiables.

Las aplicaciones más comunes en la industria alimentaria incluyen la destrucción celular y la extracción de material intracelular. Dependiendo de su intensidad, el ultrasonido se utiliza para la activación o desactivación de enzimas, conservación, mezcla y homogeneización, emulsificación, dispersión, estabilización, disolución y cristalización, hidrogenación, ablandamiento de carnes, maduración, maduración y oxidación etc.

Los efectos químicos de la ultrasonografía varían y se han identificado diferentes fases en el entorno de reacción.

En la fase gaseosa se producen reacciones de pirólisis, como la pirólisis del agua, una reacción de descomposición que se produce por la acción de las altas temperaturas; en la zona deformación de burbujas líquida y en la masa líquida se pueden formar varios radicales, y el radical que se encuentra con más frecuencia en el ambiente acuoso es el radical hidróxido OH·, que es altamente reactivo y ataca fácilmente los sustratos orgánicos presentes en el ambiente de reacción o se recombina con otro radical OH· para formarH2O2, sustancia fuertemente oxidativa.

 

Ultrasonido y sector alimentario

En el sector alimentario, el uso del ultrasonido tiene muchas ventajas. De hecho, se ha utilizado para romper membranas celulares y obtener extractos de fitocomplejos sin alterar sus propiedades organolépticas, lo que permite a los investigadores, comprender sus principios funcionales.

Se puede usar cualquier solvente para la extracción según el tipo de extracto deseado, y el proceso opera a temperatura ambiente, lo que resulta en reducciones notables en el tiempo de extracción requerido, instrumentación, energía y recursos humanos. Además, el uso de ultrasonido garantiza una reducción del contenido bacteriano del producto final debido al efecto antibacteriano.

Recientemente se han identificado otros usos, como la inhibición de enzimas y la inducción de reacciones de oxidación.

Los efectos prometedores del ultrasonido. en la conservación de los alimentos han atraído recientemente un interés considerable. En general, la mayoría de los microorganismos muestran una mayor sensibilidad a la ecografía a temperaturas próximas a 50 °C.

Por tanto, la combinación de ultrasonido con un tratamiento térmico es eficaz a temperaturas relativamente bajas y mejora posteriormente la calidad del producto en términos de propiedades fisicoquímicas, color y sabor en comparación con las técnicas de pasteurización convencionales que involucran temperaturas mucho más altas.

Las hortalizas frescas, sobre todo las de hojas verdes destinadas al consumo crudo, pueden contaminarse cuando se cosechan y procesan, y la contaminación puede persistir cuando se venden al consumidor. Además, pueden desarrollarse otros patógenos durante el almacenamiento del producto, y los microorganismos más comúnmente presentes son especies de Pseudomonas, patógeno oportunista que es capaz de provocar infecciones graves.

Cuando se cosechan productos vegetales, también se modifican cualitativamente debido a la actividad enzimática, llevando por ejemplo a un aumento en la tasa de maduración en las frutas. El deterioro de los frutos es causado principalmente por la presencia de enzimas amilolíticas producidas a partir de la actividad de los microorganismos que están presentes en la superficie del tejido vegetal provenientes del agua de riego, del suelo, y de la presencia de insectos u otros animales.

Otro tipo importante de contaminación a ser tenida en cuenta es la que ocurre por microorganismos deterioradores, por ejemplo especies de Penicillium, que pueden atacar citrus, tomates, pepinos, papas y remolachas entre otros. Este hongo se presenta como una colonia aterciopelada con un centro azul verdoso y exudados amarillentos y confiere a los productos un olor desagradable. Otro contaminante es el hongo del género Rhizopus, que contamina varias verduras y frutas, como papas y fresas, durante el transporte refrigerado. Este moho cubre la superficie de un producto vegetal con áreas pastosas de un micelio grisáceo.

 

Ventajas de los ultrasonidos como desinfectantes

Dado que el lavado con agua del grifo no es suficiente para eliminar contaminantes se utilizan agentes químicos como hipoclorito de sodio, bisulfito de sodio, dióxido de azufre, dióxido de cloro, cloruro de calcio, ácidos orgánicos y ozono.

Entre estos agentes químicos, una solución acuosa de hipoclorito de sodio es el desinfectante más utilizado. Desafortunadamente, el hipoclorito de sodio solo es efectivo por el cloro activo, lo que daña la calidad de la hortaliza o fruta y ejerce efectos corrosivos en el equipo. Además, el hipoclorito de sodio no es aplicable a los productos orgánicos. Este problema es más importante para los alimentos listos para el consumo, por ejemplo, las verduras, que se consumen sin cocinar.

Un grupo de investigadores evaluó con éxito la capacidad de la desinfección microbiana con ultrasonido para inactivar Escherichia coli O157:H7 en el sector de frutas y verduras. Esta tecnología es ventajosa por reducir el consumo de agua, la producción de aguas residuales y la formación de subproductos de la desinfección.

También se ha informado la eficacia de ultrasonido contra muchas otras bacterias patógenas u oportunistas tales como Staphylococcus aureus, Pseudomonas fluorescens, y Clostridium sporogenes y de la levadura Debaryomyces hansenii capaz de causar infecciones invasivas.

Las aguas de riego sin el requisito de potabilidad, y los suelos contaminados por aguas residuales urbanas e industriales son las principales fuentes de contaminación microbiana. El ultrasonido se ha utilizado en modernos sistemas de lavado continuo en los que se lavan y clasifican frutas, verduras y otros alimentos típicamente cultivados “en el suelo” como productos del sector agrícola, lo que permite a los trabajadores obtener un alto grado de limpieza y una excelente protección antimicrobiana, actividad que el simple sistema de lavado con agua no logra. Por otro lado, en caso de uso de detergentes para el lavado, el ultrasonido utiliza cada molécula de surfactante del líquido, una mezcla de agua y detergente, lo que permite un ahorro máximo en el consumo de producto y de agua.

 

Ultrasonidos y calidad del producto y del envase

El mango es una de las frutas tropicales más consumidas en todo el mundo y la demanda de mango como alimento listo para el consumo va en aumento. También se estudiaron las variaciones en las propiedades fisicoquímicas del mango durante las fases de maduración y almacenamiento. Esta fruta, que naturalmente está sujeta al ablandamiento de la pulpa, después de un tratamiento con ultrasonido se verificó que se conservan la consistencia, el color y el contenido de fenoles, carotenoides y ácido ascórbico.

En el proceso de envasado, la tecnología de ultrasonido representa la mejor alternativa a los métodos tradicionales de unión mediante adhesivos y termosellado, al ofrecer numerosas ventajas, entre ellas un método de procesamiento seguro, económico, higiénico y respetuoso con el medio ambiente. El ultrasonido se ha aplicado en las cerraduras para crear envases de blíster termoformados, envases de aluminio, de polietileno etc. La principal ventaja para la industria alimentaria es que las vibraciones garantizan una soldadura en frío, sin riesgo de que el alimento dentro del envase sufra daños térmicos.

 

Ultrasonidos y gastronomía

Los dispositivos de ultrasonido también se utilizan en la gastronomía molecular, una subdisciplina de la ciencia de los alimentos que estudia las transformaciones químicas y físicas que ocurren en los alimentos durante su preparación. Los objetivos de la gastronomía molecular son transformar la cocina, de una disciplina empírica a una ciencia real. En este caso, las ondas de ultrasonido se propagan a través del agua para alcanzar uniformemente la superficie del alimento sometido al proceso, produciendo una sucesión de ondas de compresión y descompresión (cavitación).

Este proceso tiene el efecto macroscópico de aumentar la temperatura del producto en pocos grados, aproximadamente 5 a 6 grados. La ventaja está ligada a la propia ausencia de calor aplicado, que se sustituye por energía mecánica, y al “masaje” al que se someten las células del producto tratado, que libera así más aromas y nutrientes.

 

Ultrasonidos, una técnica económica con potencial por descubrir

Las técnicas de ultrasonido son relativamente baratas, sencillas y ahorran energía, por lo que se convirtieron en una tecnología emergente para proteger y modificar convenientemente productos alimenticios.

La tecnología de ultrasonido puede reemplazar los métodos de desinfección tradicionales, sin alterar las propiedades organolépticas de los alimentos.

Sin embargo, quedan varios problemas por explorar para un mayor desarrollo de esta tecnología en varios sectores. Todavía se necesitan más estudios de investigación fundamentales para identificar los factores que influyen en la capacidad del ultrasonido para realizar diferentes funciones.

Además, una mejor comprensión de los complejos mecanismos físico-químicos que subyacen a las acciones del ultrasonido y su efecto sobre las propiedades tecnológicas y funcionales de los alimentos, también contribuirá a fortalecer las futuras aplicaciones de las tecnologías en la industria alimentaria.

 

Fuentes
Gallo, M.; Ferrara, L.; Naviglio, D. (2018)
Application of Ultrasound in Food Science and Technology: A Perspective
Foods 2018, 7(10),164.

Imagen
https://www.atlasdasaude.pt/publico/content/mais-frutas-hortalicas-e-legumes Acceso el 07/09/2022.

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