Procedimiento para la destrucción de microorganismos y enzimas: Proceso MTS (Mano-Termo-Sonicación).

Sector de la técnica: „ Sector agroalimentario. Higienización y conservación de alimen¬ tos. Sector sanitario.

0 Estado de la Técnica

Los métodos utilizados para la conservación de los alimentos y otros productos van especialmente dirigidos a impedir o dificultar la acción de diversos agentes de alteración, siendo entre ellos los principales responsables de la mayor parte de 5 los casos de alteración , los enzimas y microorganismos. Los tratamientos de higienización tienen por objeto la destrucción de microorganismos, patógenos para el hombre, vehiculados por los alimentos u otros fluidos biológicos.

0 En la actualidad, la inmensa mayor parte de los alimentos se conservan o bien controlando el crecimientos microbiano y la actividad enzimatica ( por almacenamiento a bajas temperaturas o por reducción de la actividad de agua ) o bien destruyendo microorganismos y enzimas mediante tratamientos térmicos. 5

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El tratamiento térmico constituye uno de los métodos mas importantes para la conservación de alimentos y otros productos alterables a medio y largo plazo, ya que, además de prolongar la vida útil de los mismos , es el único capaz de garantizar, 0 por su efecto destructor , la salubridad de los mismos .Por ello los tratamientos térmicos se utilizan con frecuencia , como paso previo a su posterior deshidratación o congelación.

^* Sin embargo, la aplicación del calor a . productos biológicos 5 presenta algunos inconvenientes, como son los efectos secunda-

^* rios ( no deseados ) por los que pueden resultar afectados, en ocasiones de forma importante, las características físicas, químicas, organolépticas y el valor nutritivo y/o biológico del

producto .

En la actualidad la Tecnología intenta diseñar nuevos procesos combinando el calor con diversos agentes físicos y/o químicos que permitan acortar los tratamientos hasta ahora empleados, manteniendo su letalidad. Estos intentos han resultado hasta el momento infructuosos, o de escasa eficacia.

DESCRIPCIÓN Es conocido el efecto destructor de los ultrasonidos sobre algunos microorganismos y enzimas. Sin embargo el aprovecha¬ miento de este efecto para la destrucción de los microrganis- mos y enzimas de los alimentos, sensibles a los ultrasonidos, ha resultado imposible ya que los tiempos de tratamiento requeridos encarecen notablemente el producto y afectan muy negativamente a su calidad.

Se ha comprobado que la aplicación simultánea de calor y ultrasonidos aumenta sinérgicamente la eficacia del tratamiento térmico . Sin embargo este efecto disminuye progresivamente a medida que aumenta la temperatura de tratamiento, tendiendo a desaparecer a temperaturas de ebullición. Este fenómeno prácti¬ camente impide su posible aplicación industrial ya que exige tiempos de ultrasonicación excesivamente largos.

Nuestro proceso, objeto de la presente memoria, reivindica la aplicación simultánea de calor y ultrasonidos bajo presión en condiciones controladas de tiempo y temperatura de tratamiento, y de presión y amplitud y potencia de sonicación.

El tratamiento simultáneo de calor-ultrasonidos bajo presión (Mano- Termo-Sonicación) permite manteneí su eficacia sinérgica a cualquier temperatura.Este efecto se obtiene , previsible- mente, por compensar los cambios de tensión de vapor del alimento manteniendo de esta forma la eficacia de los fenómenos de cavitación originada por los ultrasonidos. Con este método se ha hecho posible reducir considerablemente la intensidad de los tratamientos térmicos actualmente en uso con

el consiguiente beneficio para el valor nutritivo y las carac¬ terísticas organolépticas y biológicas de los productos.

Al seguir el ritmo de destrucción, tanto de microorganismos 5 como de enzimas sometidos a Mano-Termo-Sonicación, una cinéti¬ ca de reacción de primer orden ( similar al presentado frente r al calor) pueden calcularse con precisión los parámetros de procesado para cada uno de los objetivos concretos.

10 Si bien la intensidad del efecto de la termoultrasonicación, al igual que sucede con el resto de los métodos de conserva¬ ción de los alimentos es distinto para cada microorganismo y enzima y para las distintas condiciones microambientales (pH, aw etc.. ) , por este método se ha conseguido, por

15 ejemplo , reducir la termorresistencia de Bacillus subtilis por un factor de al menos 1/10 y la actividad del enzima lipooxigenasa por un factor de 1/100 , aproximadamente .

Existe, por consiguiente, la posibilidad de reducir, mediante 20 la MTS , la intensidad de los tratamientos térmicos actual¬ mente empleados, lo cual supone una mejora muy importante en la metodología de la conservación en general y en la de los alimentos y otros fluidos biológicos en particular. Especial¬ mente en aquellos cuya calidad resulta muy perjudicada por los 25 tratamientos térmicos convencionales.

Si bien la aplicación de este nuevo método exigirá, como es lógico y ha sucedido con el resto de los métodos de conserva¬ ción, el desarrollo de maquinaria e instalaciones adecuadas

30 a cada alimento o producto en particular, el procedimiento de esta patente consiste , en esencia , en impulsar el producto a presión a través de un receptáculo en el que es mantenido i a la temperatura de tratamiento y sometido a un campo ultra¬ sónico.

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Figuras:

La Fig 1 muestra un instrumento en el que el efecto del método

(MTS) ha podido ser observado, bien entendido que no constituye

la única alternativa y que su inclusión en esta memoria no restringe las aplicaciones de la Mano-Termo-Sonicación. El instrumento esta constituido por:

1) Un vaso principal (A) de 600 mi. de capacidad , que sirve de elemento estable de calentamiento del conjunto , dotado de un elemento de calentamiento ( resistencia ) (1) , un sensor de temperatura (Pt 100) (2) y un eje de agitación (3).

2) Una camarita de tratamiento de 23 mi. de capacidad montada sobre el fondo del vaso principal , que está dotada de un eje con hélice de agitación , conectado mediante un cojinete de fricción hermético al eje de agitación del vaso principal, dos válvulas (4) que permiten el relleno de la cámara de tratamiento al comenzar las experiencias y la reposición del menstruo extraído durante el muestreo , con menstruo del vaso principal y un elemento sensor (Pt 100) que permite medir la temperatura exacta durante el tratamiento (8) .

3) Un elemento roscado al fondo del vaso principal y conectado al fondo de la camarita de tratamiento, que aloja el vastago de sonicación (5) . Este elemento aloja también las conexiones de inyección de inoculo, que se efectúa mediante una jerin¬ guilla accionada por una solenoide (6) y de toma de muestras (7) que se realiza mediante una válvula activada eléctrica¬ mente , conectada a un temporizador.

4) El conjunto de elementos eléctricos y electrónicos de la instalación está regulado por un módulo principal. La insta- lación cuenta también con otros elementos accesorios como: un detector de fibra óptica para la detección de los tubos de muestreo (9) y un colector de fracciones. (10) .

La Fig 2 muestra las líneas de supervivencia ( en las que se representa el logaritmo del numero de supervivientes frente a los correspondientes tiempos de tratamiento) de una población de Bacillus subtilis sometida a ultrasonidos ( -Φ ) , a un calentamiento isotérmico a 105 ^S C ( ) y a un proceso MTS a

105 ^S C con una frecuencia de ultrasonicación 20 Hz, una amplitud de 117 micrones y a una presión de 300 KPa. ( )•

La Fig 3 muestra las líneas de termodestrucción ( construidas representado los logaritmos de los tiempos de reducción decimal frente a las correspondientes temperaturas de tratamiento ) de una población de Bacillus subtilis sometida a diferentes tratamientos térmicos y los correspondientes tratamientos MTS a distintas temperaturas con una frecuencia de 20 kHz, una amplitud de 117 micrones y una presión de 300kPa.

La Fig 4 muestra la relación existente entre presión de Mano- TermoSonicación y tiempos de reducción decimal a 105 ⁹ C de Bacillus subtilis.

La Fig 5 muestra la relación existente entre amplitud de ultrasonicación durante distintos procesos MTS ( a 20 kHz de frecuencia y 102 ^e C ) y los tiempos de reducción decimal de Bacillus subtilis.

Ejemplo:

A continuación se describe una experiencia de inacti¬ vación de Bacillus subtilis variedad niger ( ATCC 9372 ) suspendido en tampón Me. Ilvaine de pH 7.

Las suspensiones de esporas se obtuvieron arrastrando, con agua destilada estéril, un cultivo superficial de B. subtilis en agar nutritivo con 1 p.p.m. de manganeso tras un período de incubación de 5 días a 42 ^S C.

Las determinaciones de termorresistencia y de resistencia a la sonicación y manotermosonicación se realizaron en el instrumen¬ to descrito en la fig 1 inyectando 0.2 mililitros de la suspen¬ sión en la camarita una vez estabilizadas las condiciones de tratamiento (de temperatura, presión, amplitud y frecuencia de sonicación) . A intervalos predeterminados de tiempo se extraían muestras en las que se evaluaba el número de supervivientes.

El recuento de supervivientes se realizó en todos los casos sembrando un volumen conocido de muestra en placas de agar nutritivo tras su incubación a 35 ^S C durante 48 horas. Los resultados de estos ejemplos indican que el efecto de la aplicación simultánea de ultrasonidos y presión es sinérgico y no meramente aditivo (fig 2) y que los esporas de B. subtilis sometido a manotermosonicación se destruyen siguiendo uno cinética de reacción de primer orden (al igual que los someti¬ dos a un tratamiento térmico) y en nuestras condiciones unas 10 veces mas rápidamente (fig 2). La aplicación simultanea de presión, junto a la del calor y ultrasonidos permite mantener el efecto a temperaturas superiores a la de ebullición del agua (100 -C) (fig 3) lo que posibilita su utilización a elevadas temperaturas.

La eficacia de los proceso MTS vienen determinados, entre otros factores por la temperatura, el tiempo de tratamiento, la presión y la amplitud de sonicación (figs 4 y 5) . La cinética del efecto sigue un curso bien definido lo que permite efec- tuar los correspondientes cálculos y definir con precisión los parámetro de procesado MTS mas adecuados para cada objetivo particular.