CAMPULCAMPUL ELECRIC PULSATORIUELECRIC PULSATORIU

UNIVERSITATEA ‘LUCIAN BLAGA’ SIBIUFACULTATEA S.A.I.A.P.M.

CUPRINSCUPRINS

-INTRODUCERE;-INTRODUCERE;-PRINCIPII SI TEHNOLOGII;-PRINCIPII SI TEHNOLOGII; CAMERA DE TRATAMENTCAMERA DE TRATAMENT;; CONFIGURATIA CAMERELOR CONFIGURATIA CAMERELOR ;;-MECANISMELE INACTIVARII MICROBIENE;-MECANISMELE INACTIVARII MICROBIENE;-FACTORII CRITICI CE DETERMI-FACTORII CRITICI CE DETERMINA NA INACTIVAREA MICROBIANA; INACTIVAREA MICROBIANA;-EFECTELE ASUPRA ENZIMELOR, PROTEINELOR,VITAMINELOR -EFECTELE ASUPRA ENZIMELOR, PROTEINELOR,VITAMINELOR

DIN ALIMENTE;DIN ALIMENTE;--AVANTAJE SI DEZAVANTAJE CA O TEHNOLOGIE DE AVANTAJE SI DEZAVANTAJE CA O TEHNOLOGIE DE

CONSERVARECONSERVARE;;-APLICATII.-APLICATII.

INTRODUCEREINTRODUCERE

Cresterea cererii consumatorilor pentru alimente proaspete Cresterea cererii consumatorilor pentru alimente proaspete fara pierderi excesive de arome sau elemente nutritive in fara pierderi excesive de arome sau elemente nutritive in timpul procesarii a dus la dezvoltarea tehnologiilor de timpul procesarii a dus la dezvoltarea tehnologiilor de prelucrare si pastrare. prelucrare si pastrare.

Printre aceste procese inovatoare se afla si acela de utilizare a pulsatiilor electrice o tehnologie fizica pe baza de putere electronica ce permite functionarea la o temperatura scazuta sau moderata reprezentand o promitatoare metoda de conservare non-termica, ca si alternativa la pasteurizarea prin incalzire.

PRINCIPII SI TEHNOLOGIIPRINCIPII SI TEHNOLOGII Procesarea prin Procesarea prin CEPCEP pentru prelucrarea alimentelor pentru prelucrarea alimentelor presupune aplicarea impulsurilor electrice scurte presupune aplicarea impulsurilor electrice scurte cu o putere a campului ridicata pentru probele cu o putere a campului ridicata pentru probele plasate intre doi electrozi intr-un lot sau in plasate intre doi electrozi intr-un lot sau in continuu tratament. continuu tratament. Principalele componente ale unei PFN :Principalele componente ale unei PFN : -unul sau mai multe condensatoare, inductoare sau rezistoare-unul sau mai multe condensatoare, inductoare sau rezistoare -unul sau mai multe comutatoare care livreaza energie electrica la electrozi si la -unul sau mai multe comutatoare care livreaza energie electrica la electrozi si la

proba de alimente;proba de alimente; - una- una sau mai multe camere de tratament cu doi electrozi intre ele ,unde se sau mai multe camere de tratament cu doi electrozi intre ele ,unde se

gaseste proba in stare lichida gaseste proba in stare lichida ;; -un osciloscop care sa masoare tensiunea dintre electrozi si sa afiseze stadiul -un osciloscop care sa masoare tensiunea dintre electrozi si sa afiseze stadiul

pulsului ;pulsului ;

CAMERACAMERA DE TRATAMENTDE TRATAMENT

O camera de tratament consta de regula din 2 electrozi tinuti pe pozitie de O camera de tratament consta de regula din 2 electrozi tinuti pe pozitie de un material izolant care este afla in vecinatatea probun material izolant care este afla in vecinatatea probeiei. Forma camerei . Forma camerei de tratament este foarte importanta pentru in ceea ce priveste reducerea de tratament este foarte importanta pentru in ceea ce priveste reducerea riscului de contaminare microbiana a probei, ea corespunzand riscului de contaminare microbiana a probei, ea corespunzand urmatoarelor specificatii:urmatoarelor specificatii:

1. Camera de tratament trebuie sa reziste curentului de inalta intensitate;1. Camera de tratament trebuie sa reziste curentului de inalta intensitate; 2. Distributia de energie electrica in camera de tratament trebuie sa fie cat 2. Distributia de energie electrica in camera de tratament trebuie sa fie cat

mai uniforma ;mai uniforma ; 3. "Zonele moarte" (lipsa de energie electrica sau a campului electric) ar 3. "Zonele moarte" (lipsa de energie electrica sau a campului electric) ar

trebui sa fie evitata. trebui sa fie evitata. 4. De4. Descarcarea electrica ascarcarea electrica a campurilor electrice trebuie evitata deoarece ar campurilor electrice trebuie evitata deoarece ar

induce prelucrarea non- uniforma si supraincalzirea locala de proba. Ea induce prelucrarea non- uniforma si supraincalzirea locala de proba. Ea poate fi induse de supraincarcari locale ale electrozilor sau prezenta poate fi induse de supraincarcari locale ale electrozilor sau prezenta unor bule de gaz in probe. unor bule de gaz in probe.

5. Materialele folosite ar trebui sa micsoreze fenomenele electrochimice la 5. Materialele folosite ar trebui sa micsoreze fenomenele electrochimice la electrozi.electrozi.

CONFIGURATIA CAMERELOR DE TRATAMENT CONFIGURATIA CAMERELOR DE TRATAMENT FOLOSITE IN PROCESAREA PRIN FOLOSITE IN PROCESAREA PRIN PEFPEF

-camera de tratament cu -camera de tratament cu electrozi paraleli circulari;electrozi paraleli circulari;

-camera coaxiala cu flux -camera coaxiala cu flux continuu;continuu;

-camera cu doua fluxuri -camera cu doua fluxuri continue.continue.

-electrozii sunt reprezentati in -electrozii sunt reprezentati in gri;gri;

-proba este cea hasurata;-proba este cea hasurata;

-izolatorul cu alb .-izolatorul cu alb .

MECANISMELEMECANISMELE INACTIVARII INACTIVARII MICROBIENEMICROBIENE

Distrugerea microorganismelor cu ajutorul câmpului electric se datoreaza unei modificari ireversibile a membranei celulare prin formarea de pori în membrana si liza acestuia atunci când potenialul de transmembrana celulara depaseste valoarea critica de 1 Volt în membrana celulara. Efectul letal este functie de intensitatea câmpului, durata tratamentului.

Se folosesc câmpuri electrice pulsatorii cu intensitate de 16 kV/cm – 75 kV/cm, durata unui impuls de 2 μsecunde, iar numarul de impulsuri între 10 –342 în funcie de produs. Cresterea temperaturii produsului este de max.0,3ºC pentru fiecare impuls.

Electro-permeabilitatea este o corelatie intre puterea campului Electro-permeabilitatea este o corelatie intre puterea campului electric si permeabilitatea membranei celulare.electric si permeabilitatea membranei celulare.

Aceste fenomen a fost studiat de Aceste fenomen a fost studiat de WoutersWouters pe pe Lactobacilus Lactobacilus Plantarum in combinatie cu fosfat si utilizand iodura de Plantarum in combinatie cu fosfat si utilizand iodura de propidium analizand ulterior starea celulelor. propidium analizand ulterior starea celulelor.

S-a observatS-a observat o crestere in intensitatea campului care a dus la o crestere in intensitatea campului care a dus la inactivarea celulei proportional cu cresterea intensitatii inactivarea celulei proportional cu cresterea intensitatii gradului de fluorescentgradului de fluorescentaa. Foarte posibil membranele . Foarte posibil membranele microbiene sunt tinta primara a pulsatiilor electrice, care sunt microbiene sunt tinta primara a pulsatiilor electrice, care sunt in acord cu rezistenta ridicata a enzimilor si a altor constituenti in acord cu rezistenta ridicata a enzimilor si a altor constituenti aiai alimentelor. alimentelor.

Pentru a explica fenomenul de electroporPentru a explica fenomenul de electroporareare, Sale , Sale and Hamilton (1968), si Zimermman (1986), au elaborate and Hamilton (1968), si Zimermman (1986), au elaborate teoria “rupturii electrice a membraneteoria “rupturii electrice a membraneii” bazata pe principi” bazata pe principiii fizice. Teoria sustine ca aplicarea unui camp electric extern fizice. Teoria sustine ca aplicarea unui camp electric extern conduce la o crestere a potentialului transmembranconduce la o crestere a potentialului transmembranarar si a si a reducerii grosimii membranereducerii grosimii membraneii. O forta elastic. O forta elasticaa se opune se opune compresiei electrice a membranecompresiei electrice a membraneii. Cum forta creste . Cum forta creste sistematic apar rupturi in cadrul membranesistematic apar rupturi in cadrul membraneii. Grosimea . Grosimea membranelor celuleor devine astfel relativ egala de la un membranelor celuleor devine astfel relativ egala de la un organism la altul (intre 7 si 10 mm). Atunci cand puterea organism la altul (intre 7 si 10 mm). Atunci cand puterea campului electric extern si frecventa pulsului creste, apar campului electric extern si frecventa pulsului creste, apar modificari ireversibile rezultand inactivarea celulara.modificari ireversibile rezultand inactivarea celulara.

FACTORII CRITICI CE DETERMINA FACTORII CRITICI CE DETERMINA INACTIVAREA MICROBIANAINACTIVAREA MICROBIANA

Inactivarea microbiana prin metoda campului electric pulsatoriu Inactivarea microbiana prin metoda campului electric pulsatoriu depinde de mai multi factori :depinde de mai multi factori :

1.parametrii tratamentului –parametrii majori ce influenteza 1.parametrii tratamentului –parametrii majori ce influenteza inactivarea microbiana sunt timpul , intensitatea ,numarul de inactivarea microbiana sunt timpul , intensitatea ,numarul de pulsuripulsuri

2.caracteristicile microbiene-celulele bacteriilor sunt mai rezistente 2.caracteristicile microbiene-celulele bacteriilor sunt mai rezistente decat cele ale drojdiilor si mucegaiurilordecat cele ale drojdiilor si mucegaiurilor

-bacteriile Gram+ sunt mai rezistente -bacteriile Gram+ sunt mai rezistente decat Gram- decat Gram-

-tipul ,marimea si forma -tipul ,marimea si forma microorganismelormicroorganismelor

3.parametrii produsului-cel mai important parametru al produsului 3.parametrii produsului-cel mai important parametru al produsului este conductivitatea electrica deoarece determina in mod direct este conductivitatea electrica deoarece determina in mod direct rezistenta produsului in camera de tratament dar si temperaturarezistenta produsului in camera de tratament dar si temperatura

EFECTELE ENZIMELOREFECTELE ENZIMELOR

Barsotti, Cheftel,Yeom si Zhang sunt printre Barsotti, Cheftel,Yeom si Zhang sunt printre cei care au studiat efectul CEP asupra cei care au studiat efectul CEP asupra enzimelor si au ajuns la concluzia ca acestea enzimelor si au ajuns la concluzia ca acestea sunt mult mai rezistente la aceasta metoda sunt mult mai rezistente la aceasta metoda decat celulele microbiene vegetative.decat celulele microbiene vegetative.

Unii cercetatori nu au observat inactivarea Unii cercetatori nu au observat inactivarea enzimei din CEP in timp ce altii au observat enzimei din CEP in timp ce altii au observat 30-90 %inactiarea acesteia30-90 %inactiarea acesteia..

Giner a studiat Pectina din rosii,folosind o camera de tratament de tip lot,avand caracteristica pulsului monopolar si o energie de 24 de kV/cm, la o temperatura de 25 de grade Celsius si a obtinut gradul de inactivare de 80-90%si o densitate de energie de 24000J/ml.

Yeom a studiat aceasi substanta (Pectina)din portocale ,avand ca mediu sucul de portocale,la un pH de 3.7 intr-o camera de tratament de tip co-domeniu(co-field)si un mod de operare continuu,avand caracteristica pulsului bipolar si un timp de 2 microsecunde.a folosit energii diferite si anume:25;30si35de kV/cm si temperaturi diferite 65;50si63de grade Celsius,obtinand gradul de inactivare de 90;40si83%.

Motivele pentru aceste valori diferite nu sunt Motivele pentru aceste valori diferite nu sunt elucidate,dar nu pot veni de la un camp elucidate,dar nu pot veni de la un camp electric non-uniform sau timpul de stationare electric non-uniform sau timpul de stationare in camera de tratament.Unele enzime pot fi in camera de tratament.Unele enzime pot fi mai sensibile decat altele la campurile mai sensibile decat altele la campurile electrice din cauza unui continut mai ridicat electrice din cauza unui continut mai ridicat de alpha-helices si a gradului de polaritate.de alpha-helices si a gradului de polaritate.

EFECTELE ASUPRA PROTEINELOR DIN EFECTELE ASUPRA PROTEINELOR DIN ALIMENTEALIMENTE

Exista studii care se ocupa mai putin cu actiunea PEF Exista studii care se ocupa mai putin cu actiunea PEF asupra proteinelor decat asupra enzimelor din asupra proteinelor decat asupra enzimelor din alimente.Toate studiile publicate pana la aceasta alimente.Toate studiile publicate pana la aceasta data dezvaluie foarte putine lucruri despre acest data dezvaluie foarte putine lucruri despre acest proces.Rezistenta proteinelor la caldurasi la proces.Rezistenta proteinelor la caldurasi la presiune in procesul de PEF ar trebui sa fie un presiune in procesul de PEF ar trebui sa fie un indiciu ca impulsurile scurte date de campurile indiciu ca impulsurile scurte date de campurile electrice mai joase de 40 Kvelectrice mai joase de 40 Kv/cm/cm, o densitate de , o densitate de energie mai mica de 400J ml si temperatura max.40 energie mai mica de 400J ml si temperatura max.40 gade Celsius,poate inactiva in mod eficient gade Celsius,poate inactiva in mod eficient microorgamismele si afecta membranele microorgamismele si afecta membranele microbiene.microbiene.

EFECTELE ASUPRA VITAMINELOR DIN EFECTELE ASUPRA VITAMINELOR DIN ALIMENTEALIMENTE

Bendicho a facut un experiment si a observat ca dintre Bendicho a facut un experiment si a observat ca dintre vitaminele:tiamina,riboflavina,acid ascorbic, vitaminele:tiamina,riboflavina,acid ascorbic, tocoferolsi colecalciferol din lapte degresat si lapte tocoferolsi colecalciferol din lapte degresat si lapte ultrafiltrat,singura vitamina ce a suferit ultrafiltrat,singura vitamina ce a suferit modificariin urma CEP a fost vitamina C.De modificariin urma CEP a fost vitamina C.De asemenea sa demonstrat ca,conditiile de prelucrare asemenea sa demonstrat ca,conditiile de prelucrare CEP pentru a micsora numarul de microorganisme CEP pentru a micsora numarul de microorganisme din lapte nu a afectat continutul acestuia.Este din lapte nu a afectat continutul acestuia.Este posibil ca degazarea prealabila a laptelui sa fi dus la posibil ca degazarea prealabila a laptelui sa fi dus la pierderea vitaminei C.pierderea vitaminei C.

Un alt experiment ce a fost studiat de mai multi Un alt experiment ce a fost studiat de mai multi cercetatori a fost mentinerea vitaminei C cercetatori a fost mentinerea vitaminei C dupa prelucrarea CEP din sucul de dupa prelucrarea CEP din sucul de portocale.pierderile au variat de la 0.2-15% portocale.pierderile au variat de la 0.2-15% probabil in functie de numarul de probabil in functie de numarul de impulsuri,tipurile de impulsuri,temperatura impulsuri,tipurile de impulsuri,temperatura procesului si nivelul de oxigen dizolvat in procesului si nivelul de oxigen dizolvat in suc.suc.

Harrison (2001), a clarificat procesulu sucului de portocale proaspat, printr-o filtrare plata, centrifugare sau ultrafiltrare, obtinand incarcaturi microbiene mai ridicate respective mai reduse. Diversele tipuri de sucuri au fost ulterior subiectul procesarii PCE, stocate fiind la 23 respectiv 4 º C, pentru perioade diferite de timp si analizate, pentru viabilitatea microbiana, volatilitatii profilului aromei, a diferentelor senzoriale, a acceptabilitatii sau testelor de rating. Rezultatele indica faptul ca valabilitatea sucului de portocale a fost extinsa la o luna in timp ce acceptabilitatea, a fost mentinuta egala cu cea a sucului proaspat stors si mai mare decat a sucului de mere comercial. Termenul de valabilitate ar putea fi extins daca mai multe pulsatii sau campuri electrice mai ridicate ar fi folosite. Analizele cu gazul comotografic au sugerat faptul ca foarte putin sau deloc au fost afectate componentele volatile chimice.

AVANTAJE SI DEZAVANTAJEAVANTAJE SI DEZAVANTAJE

Principalele avantaje ale acestei forme de Principalele avantaje ale acestei forme de conservare sunt:conservare sunt:

-inactivarea formelor vegetative ale -inactivarea formelor vegetative ale microorganismelor inclusiv tulpini patogene microorganismelor inclusiv tulpini patogene la temperaturi moderate(40-50grade Celsius);la temperaturi moderate(40-50grade Celsius);

-prelungirea duratei de pastrare si reducerea -prelungirea duratei de pastrare si reducerea incarcaturii microbiene poate fi obtinuta fara incarcaturii microbiene poate fi obtinuta fara a afecta constituentii sau calitatea a afecta constituentii sau calitatea alimentului respectiv.alimentului respectiv.

Exista totusi o serie de limitari in utilizarea Exista totusi o serie de limitari in utilizarea impulsurilor electrice ca o tehnologie de conservare:impulsurilor electrice ca o tehnologie de conservare:

-numai alimentele omogene,lichide fara bule de gaz -numai alimentele omogene,lichide fara bule de gaz sau particule mari pot fi procesate im mod eficient;sau particule mari pot fi procesate im mod eficient;

-aceste alimente ar trebui sa respecte o anumita -aceste alimente ar trebui sa respecte o anumita conductivitate electrica si vascozitate;conductivitate electrica si vascozitate;

-in cazul alimentelor non-acide sporii bacterieni nu -in cazul alimentelor non-acide sporii bacterieni nu sunt inactivati,astfel alimentele necesita depozitare sunt inactivati,astfel alimentele necesita depozitare frigorifica;frigorifica;

-pot aparea modificari chimice daunatoare in cazul in -pot aparea modificari chimice daunatoare in cazul in care descarcarea dielecrica si fenomenele care descarcarea dielecrica si fenomenele elecrochimice nu sunt controlate.elecrochimice nu sunt controlate.

APLICATIIAPLICATII

Cea mai importanta aplicatie a CEP este in industria Cea mai importanta aplicatie a CEP este in industria alimentara la pasteurizarea sucurilor de fructe,la o alimentara la pasteurizarea sucurilor de fructe,la o temperatura de max.50 grade Celsiustemperatura de max.50 grade Celsius

Inactivarea de bacterii patogene cum ar fi Inactivarea de bacterii patogene cum ar fi Salmonella,Listeria,Stphylococcussau Micrococcus Salmonella,Listeria,Stphylococcussau Micrococcus prezinta o importanta aplicatie a CEP ca metoda de prezinta o importanta aplicatie a CEP ca metoda de conservare.conservare.

Se aplica atat alimentelor fluide acide dar si celor Se aplica atat alimentelor fluide acide dar si celor non-acide. non-acide.

Alimente acide Alimente non-acideAlimente acide Alimente non-acide

-sucuri de fructe-sucuri de fructe

-ketchup -ketchup

-iaurt lichid-iaurt lichid

-vinuri-vinuri

-bauturi carbogazoase-bauturi carbogazoase

-bauturi racoritoare-bauturi racoritoare

-lapte integral-lapte integral

-cr-cremeeme de lactate lichide de lactate lichide

-oua(fara coaja)-oua(fara coaja)

-diverse sosuri-diverse sosuri

-siropuri-siropuri

-miere-miere

CONCLUZIICONCLUZII

Pentru produsele alimentare de calitate tehnologie Pentru produsele alimentare de calitate tehnologie CEP este considerata superioare metodelor de CEP este considerata superioare metodelor de tratament termic traditionale pentru ca se evita sau tratament termic traditionale pentru ca se evita sau se reduce foarte mult modificarile proprietatilor se reduce foarte mult modificarile proprietatilor fizice si senzoriale ale alimentelor.fizice si senzoriale ale alimentelor.

Desii unele studii au ajuns la concluzia ca PEF Desii unele studii au ajuns la concluzia ca PEF pastreaza in componentele nutritive ale produselor pastreaza in componentele nutritive ale produselor alimentare,efecte chimice,inainte de a fi utilizata alimentare,efecte chimice,inainte de a fi utilizata aceasta tehnologie trebuie bine studiata.aceasta tehnologie trebuie bine studiata.