413/2012

CONSERVAREA CU AJUTORULCAMPULUI ELECTRIC PULSATORIU

Titular curs: Coval iu l leana- Crist ina

ASPECTE GENERALE

Conservarea cu ajutorul campului electric pulsatoriu de mare intensitate {PEF) implica

aplicarea carnpului elecfric cu amplitudine cuprinsa inlre 20 si 80 kV/cm (durata unui

impuls fiind de 2ps pana Ia lms) produselor alimentare aflate intre doi electrozi, in scopul

inactivarii microorganismelor la temperatura mediului ambiant. sau la temperaturi mai

mari sau mai mici ddcat temperatura ambientala:

Schita de principiu a unei instalatii PEF este aratata in fig.6.l. iar circuitul de generare a

impulsurilor in fi g.6.2.

Fig.6.l. Schita de principiu a unei irotalatii PEF: 1 -

vas penAu sbctrea prodmului detratat; 2 -pornpa; 3 -

cmera pentru hatament PEF, 4 - racitor cu serpentina;

5 - vm pmtru stocuea temporara aseptlca a

urodruu.lui katat PEF

Din figura 6 l- rezulta ca instalafia cufunctiomre csntinua este fomat4 inprincipal, dit generatonil de mpulxri de

imlta tensiune (capacitor repetitiv cudescacare modulata), camera de traterepropriu-zisd urde irnpulsurile de inalta

tensiune sunt tffsfomate 1n PEF, catreracdre esle dotata u doi eleclrozi a carottemperstura este coltrolata prin intemediulunui sistem de mcire cv apa, serpantina de

rccire a procluutui tratat PEF: pampa pentruprc&sal de trqiat si penftat prodwl fnit,lrdductoare de temperatura, sL\tem de

,rcnitoriztre (c{xnputer si osciloscop digital)

413/2012

Frg.6.2-. Schenra privind circuitul de generarea c-ampului electric pulsatoriu si forma

exponentiala de scaderc a undei in lunctio devoltaj:

a - circuitul electric la instalatia cu unsingur capaci tor .

1 - sursa de curent de inalta tensiuue:2 - rezistor de incarcare,

3 - capacitor pentru stocare energie;./ - intrerupator penfru descarcare,

j - camera de tratare:6 - produs alimentar;

6 - forma undei in functie de voltaj si timptc - circuitul electric la instzlatia cu mai

mul l i capaci tor i :1 - sursa de curenl de tensiune ridicata;2 - rezistor de incarcare; 3 -- inductori;

y' - intrerupator de descarcare.J - camera de tratare;

6 capacitori de stocare a enelgiei.d- forma undei in functie de voltaj si timp

N{ECANISil{UL DE INACTIIARE

Mecanismul de inactivare a microorganiSmelor (forme vegetative) cu ajutorul PEF consta in

porozarea membranei celulare Dupa Zimmermann (1986) membrana celulelor tnicroorgatrismelor

se comporta ca un condensator avand un potential transrnembranar V'- : I OmV. Prin aplicarea

curenfului electric pulsatoriu, membrana sufera o comprimare, potentialul critic care este de lV,

ceea ce mrespunde la un camp electric e)$cm de l0kV/cm (in cazul lui Escherichia coli).

Prin cresterea intensitatii canpului electric (E), potentialul transmembranar ajunge la -1 V si apar

pori rnici in membrana care se pot mari daca potentialul transmembranar depaseste t V iFig.6.3 ).

Prin cresterea intensitatii campului electric @), potentialul fransmembranar ajunge [a -lV si

aparpori mici in membrana care se pot mari dacapotentialul transmembranar depaseste lV (Fig.6 3 )

Aceste trei etape sunt esentiale in distrugerea microorganismelor forme vegetatir€ care

contamineaza produsele alimentare.

Fig.6.3. Diagma $hemalica a degradaii reversibr-le si ireversibile a nembranei celulare: d - membrana cu

potentiat V'.; b - membram comprimat4 c - fonnarea de pori cu refacere; rJ- arie de mernbrana cu degradare

reversibila si cu pon m.m

2

4/3lzan

. t i . . _ t - . l : , -

Fig.6.4. Etapele elechopotoarii membranei celulare a microor-qanrstnelorcu ajutorul cmrpului electric prilsatoriu

Distrugerea microorganismelor cu ajutorul campului electric pulsatoriu \.a depind de.g c itrtensimtca campulur electric. ,^ril Z duratatratanentului carccste produsul dinlre numarul de impulsuri si durataunqi impuls:

€ ) lbrmaundeiimpulsului; \;\$^"rf l A csu o?k pq- & it-y?,t^'^r

p otr'.*

€! f4 temperatura la care are loc tratamentul furin cresterea temperaturii de la l2'C la 55 "C),€ reducerea numarului de E cofi creste de la un ciclu logaritmic la 6.15 cicluri logaritmice;

€ l' conductivitatea electrica, pH-ul si taria ionica a substratului (letalitatea scade cu cresterea

conductiviiatii electrice, +- - -'i

€ $ creste cu scadeiea pH-ului si cu scaderea tariei ionice: --* <|\ I

€ tj fblul substratului (solid/lichid): in mediile Iichide rnicroorganismele sunt mai putin distruse

decat in cele solide;

S J tipul de microorganism: bacteriile gram-pozitive sunt mai rezistente la PEF decal celegram-negative iar drojdiile sunt mai sensibile decat bacteriile;€ g concentratia de microorganisme din substrat: cu cat concentratia este mai mare cu atat

intensitatea PEF si numarul de impulsuri sunt mai mari;A $ stadiul de dbzvoltare a microorganismelor: microorganismele aflate in faza de dezvoltare

Iogaritmica sunt mai sensibile la PEF decat cele aflate in f.aza stationara (faza de lag).

In cazul aplicarii campului electric (PEF) pulsatoriu reducerea populatiei microbiene are loc

dupa ecuatia:

tog(DlDl--(E-Eil/z

D^- timpul de reducere decimala la intensilateade refbrinta a campului (Eo);

Z- cresterea in intensitate a campului (fl necesar pentru cffiparcurg{un ciclu logaritmic;

D - timpul de reducere decimala la intensitalea campului eleclric pulsatoriu (.8);

-D- marimea campului electric pulsatoriu;

E^ - marirnea campului eiectric pulsatoriu de referinta.

rL\,.J.r-.t t*YC

3

Prircipalele aplicatii ale fratamentului cu PEF se retbra 1a:

I sucurile de fructe (mere, portocale) in care caz se pastreaza mai bine culoarea si vitarnina C.

Se utilizeaza PEF la 50kV/crn, 10 impulsuri si durata unui impuls de 2ps. temperatura

mariima de proffisarc fiind de 45"C. Durata de pastrare ajunge 1a28 zile.

s laptele degrasat care se trateaza cu PEF la 40kV/cm, 30 impulsuri si durata unui impuls de

2gs- Durala de pastrare la 4 oC este de 14 zile.

e piureul de srazare verde car€ se trateaza PEF la 35kV/cm cu doua reprize a 16 impulsuri, la

temp€rafura< 55qC Duratade pastrare la 2'4€ este de 4 saptamani.

# continutrd integral al oului care sb tratdaza PEF la 36 kV/cm, 25 impulsuri

4/3/2or2

4

APLICATTI.4.I-E PI]T]

Folosirea campului eleotric pulsatoriu are unele inconveniente printrc' care amintim:

l. instalatiilc de tratare sunt limitate. una consfiuita de Pure Pulse Technolog-v* si una produsa

de Thomson - CSF,

2 prczenta bulelor de gaze iaer) poate conduce la un tratament neuniform si aceasta dtn cauza

ca atunci cand campul electric excede puterea dielectrica a bulelor de gaz. o anumita

descarcare a curentului are loc in inte.riorul acestor bule care volatilizeaza lichidul eventual

inclus in bule care astfel isi maresc volumul realizand tur fel de punte intre cei doi electrozi,

cu intreruperea curentultri intre acestta.

l1! Se impune deci degazarea sistemului lichid alimentar cu ajutorul vidului sau presiunilor

inalte:

3 aplicatiile practice se refera numai la acele produse cu o anumita structura fizica si

compozitie chimica.

Ex. Lichidele omogene cu conductivitate electrica scazuta sunt ideale pentru tratarea in sistem

continuu cu PEF-

Ex: Produsele cu conductivitate electrica mare necesita o energie mare pentru a se realiza campul

electric pulatoriu necesar si deci efecful scontat;

4 daca produsul lichid prezinfa particule solide acestea trebuie sa fie mai mici decat spatiul' de tratare al camerei de tratare cu PEF

4/3/2012

COI\SERVAREA CTJ AJUTORULRADIATIILOR IOI{ZANTE

CONSTDERATII GENERALE

. Folosirea radiatiilor ionizante (y,$ in industria alimentara este inca o problema controversata,centrele de ionizare tre.buind sa fie reglementate prin lege, din punct de vedere :

J( constructiv si al

x exploatarii {radioprot€ctie pasivasi radioprotectie activa),

d al verificarii periodice si al intretinerii-

x Aceste centr€ de ionizare sunt puse si sub control international.

De remarcat c-a operatiile de stocare- amb e

fac in ZONE SEPARATE unde au acces si operatorii necesari.

* In Uniunea European4 radiatiile ionizante au fost autorizate a fi folosite in amrmite scopuri in

Franta, Gemrani4 Belgi4 Danemarca, ltali4 Spania. Alte tari care au autorizat folosirea

radiatiilor ionizante sunt Rusi4 Canadq SUA Israel, Africa de Sud, Japonia.

;+ Mentionez ca in perioada 1972 - 1993, in Frant4 au fost autorizate aproximativ 20 proiluse

alimentare pentru a fi iradiate cu radiatii speciale.

Radiatiile 1 se obtin prin dezintegrarea spontana si continua a izotopilor artificiali CS-l37si C0-

60. Concomitent se elibereaza electroni si 2 fotoni y al caror nivel de energie este de 1.17 si i,33

V €&6€ MeV pentru si 0,33 MeV pentru CS-137 Radiatiile y sunt de natura electromagnetica si au

o putere db penetrare mare (15 - 30cm) daforitanaturii lor imateriale si ondulatorii si in plus nu

produc radioactivitate indusa iar cresterea temperaturii produsului este redusa.

. I eV :1 .6Y l0 -19Jv

5

Radiosensibilitatea microorganismelor [a radialiile ionizante este dependenta de:

I activitatea apei: cu cat aceasta este mai mare cu atat radiosensibilitalea microbiotei este mai

mare- Radiosensibilitatea este variabila cu compozitia mediului apos si prezenta oxigenului

care se transforma in ozon; activitatea apei determina mobilitatea radicalilor liberi In cazul

iradierii produselor congelate, uscate mobilitatea radicalilor liberi este r€dusa.

@ pH-ul si temperatura produsului tratat,

@ specia de microorganisme, reflectata prin asa numita Dto (doza necesara penhu teducerea cu

90o% a microorganismului respectiv);

@ fractionarea dozei (radiotindalizare), cu conditia ca doza acumulara sa ramana sub 10kGy.

Radiatiile ionizante pot avea, in functie de doz4 si urmatoarele efecte negative in cazul

produselor vggetale:-cl

modificarea proprietatilor fizice ale proteinelor {solubilitate, vascozitat, constanta de

sedimentare);

El modificarea lipidelor sub aspectul: proprietatil.or fizice (punct de topirc, vascozrt4te);

proprietatile chimice (oxidarea acizilor grasi polinesamrati);-uJ

distrugerea intr-o maniera variabila a vitamiuelor A" E, It Bo, tiamina sii acid ascorbic;

E modificarea texturii: rarnolismentul fructelor si legumelor prin degradarea substantelor

pectice;

E modificarea culorii prin stimularea enzimelor oxidative.-ct

modificarea gustului datorita degradarii lipidelor si amidonului.

4B/2an

Radiatiile X sillrt proddse in accelenloare de electroni- atulci cand electronri

accelerati interactioneazacu o tintalfolie de tungsten racita) Radiatiile X suntde- asemenea de uattlra electromagnetrca si energia lor nu trebuie sadepaseasca 5

fuleV, electronii accelarati avand o energie de 10 MeVl Si radiatiile X au o putere

de penetrare rnare (15 - 30 cm)- in comparatie cu electronii din care prolitr- a caror

putere este cu atat mai r edusa cu cat materialul iradiat este mat dens Viteza de

prcpagare a radiatiilor y si X este de i00 000 km/s (ca sr viteu:a luminii) _ t Ol .Y to- :

INACTT\AREA VITCROORGANTSVTELOR CU.{JUTORUL R{.DT,{TITLOE IONIZANTE

Inactivarea microorganismelor cu radiatiile ionizante este consecinta urmatoarelor actiuni:

it rupturi ale membranei celulare datorita rnodificarilor componentelor acestora (proteine,

fosfolipide);{! modit'icari (pana la rupere) ale moleculei de ADN:

il rnodif,rcari, pana la inhitritie ale enzimelor din tnembrane, organite, citopl;nma.

La aceste modificri participa si produsii de radioliza ai apei celulei niicrobiene si din produsul

ali.mentar ('OH. I{').

: Diu cele expuse rezulta caradiatiile ionizante in scop de conservare de duratamedie pot fifolosite la doze cuprinse intre I si 10 kGy', iar daca se foloseste si alt+ratament conventionaldozele se micsoreaza dupa cum se arata in continuare:

. blansarea la 85 .-. 90qC/2rnin necesita o doza de lkGy aisgura pasteurizarea iar blansarea la 85 --90oC/2min necesita o doza de radiatii y de 2-3 kGy pentru pasteurizare,

. deshidratarea crevetilor parrala 44Youmiditate cu ajutorul [R si ambalare in pungi, cotnporta incontinuare o doza de iradiere de 2,5 kGy pentru asigurar€a pasteurizarii si pastrarii timp de 2 -3

luni,. fiatareapestelui cu doze de I - 5 kGy (radurizalie) asigura pastrarea acestuiatimp de cateva luni

in conditii de refrigerare.. Radiatiile ionizante au mai larga utilizare in urmatoarele scopuri:. inhibarea germinarii la cartofi, ceapa" usturoi: doze 50 - 100 Gy;. dezinsectizarea la cereale si leguminoase uscate, fructe proaspete si uscate, fainuri de cereale si

proteice: doze 150 - 500 Gy si chiar I kGy:. depamzitarea camurilor de vit4 porc, oaie: doze 200 - 500 Gy;. realizarea unor procese fiziologice (intarzierea maturadi la banane, mango, papaya). doze Ql - 1

kGv;. accelerarea maturarii fructelor si legumelor: doze 1.5 - 1,75 kGy;. ameliorarea unor telmici alimentare, r€spectiv cresterea randamentului la presare in cazul

strugurilor si ditninuarea duratei de pregatire pentru unele alimente: doze 2 - 7kG.v;. aseptizarez ambalajelor folosite la conditionarea aseptica a produselor alimentare: doze | - 6

kGv:

4/3/2012

In cazul produselor de origine arimala efoctele securidare mai importatlt,e sunt.. formarea de ,-arorna" anormala datorata oridarii lipidelor, (doze dc < 2kG.v pentru peste gras;

2,5 - 3,0 kG,v pentru czunea de vita si pasare);. modificarea culorii prin oxidarea mioglobinei;. modificarea texturii si cresterea cantitatii de exudat din came.

DON{ENII DE TITI L IZ-ARE

. Radiatiile ionizante (in principal y) pot fi folosite pentru consetvzu'ea produselor alimentare 1n

urmatoarele scopuri:. radicidatie- eliminarea microorganismelor patog€ne nesporulate cn doze de 1 -4 kG},. radurizane (radiopasteurizare): eliminarea microbiotei patog€ng inclusiv a microorganismelor

de alterare cu doze cre nu trebuie sa modifice caracteristicile senzoriale ale produsului (doze I- 6 kGl);

. radapertizare (radiosterilizare): distrugerea microorganismelor fbrme vegetative si sporulaledetip Clostridtum (in special mezofile) cu doze de 15 - 60 kGy.

. In cazul dozelor folosite la radapertizare in produsele de cante si peste se antreneazagrodificari substantiale de gust datorate degradarii lipidelor si de aceea ramane valabilatblosirea radiatiilor in combinatie cu alt procedeu de consen'are, mai ales it cazul

. pdapertizadi- in cazul rudapertizarli; in caz contrar aceste doze nu sunt admise a fi folosite

4/3/2012

( l , - \

, 1('!Y/ tY

8

In ceea ce priveste ambalajele radiate tacem urmaloarele precizari:

. la doze > l0kCiy in-produspct migra din ambalajul din plastic aditivii folositi Ia coqlictioniur

{citrat de sodiu- lautat de sbdiu. clorura de polivinil. amidele acidului erucic, patftitic, stearic,

tinoleic. stea{atul de ca{ciu. aluminiu, magreziu, potasiu, propionatul de sodiu si calciu-

trietilenglicoltrl, B HA. BHT).

. ambalajele de sticla nu sunt modificate hzic si chimic nici chiar la doze de radiosterilizare;

. ambalajele rnetalice nu sunt afectat€ de dozele de iradiere folosite nici chi'ar la

radiosterilizare. deci nu induc radioactivitate. Rasinile epoxifenolice folosite la vemisare isi

mentin proprietatea de adezivitate si suplete, iar materialele termocolante (inelul de etansare)

isi mentin propnetarile lizice;

. materialele celulozice nu sunt afectate pana la doze de 10 kGy:. la doze mai mari este alectata

ncgfltiv rezistenta la tarctiune.

Ir Ronrania conform OC I 13 / 1999 este interzisa:

. folosireainfabricatiearnateriilorprimecogradderadioactivitatepestelimite admisesau

marirea prin prelucrare a concentratiilor substantelor tadioactive naturale, aflate in materia

prrma;. tratarea alimentelor cu radiatii UV si iontzante fara autorizare prealabila;

. comercializarea alimenlelor tratate cu radiatii prin incalcarea prevederilor OG;

., comercializarea alimentelor iradiate peste dozele admise de legislatia in vigoare.