Métodos de desinfección, conservación y estabilización para frutas y hortalizas

Sergio González Díaz Project manager en food+i

Métodos de desinfección, conservación y estabilización para frutas y hortalizas

Métodos de desinfección, conservación y estabilización para frutas y hortalizas

Alternativas sostenibles a

hortalizas mínimamente

Sergio González Díaz sgonzalez@clusterfoodmasi.es

manager en food+i

para

Métodos de desinfección, conservación y estabilización para frutas y hortalizas

1. Las nuevas necesidades del consumidor

Las frutas y verduras son fundamentales en una dieta saludable. Está demostrado que aquellas personas que las incluyen sufren de menos enfermedades como obesidad, afecciones cardíacas, diabetes o cáncer.

Esta es una de las razones por las que existe una creciente demanda por productos saludables, nutritivos y producidos localmente. En consecuencia, los consumidores han incrementado su interés en los alimentos mínimamente procesados que mantengan todas sus propiedades. Este interés ha crecido especialmente después de la pandemia ocasionada por el COVID 19

Las tecnologías tradicionales de sanitización, conservación y estabilización no cumplen con las expectativas, pero son las más económicas. Por ello, integrar nuevas tecnologías será más desafiante para las PYMES, que necesitan soluciones eficientes y económicas

2. El proyecto Shealthy

Este proyecto contribuye a las ambiciones europeas impulsando una mayor seguridad alimentaria, a la competitividad de la industria, a la sostenibilidad y a la mejorar la dieta de la población europea. Por esto, el proyecto Shealthy ha recibido una financiación de casi siete millones de euros en el marco del programa Horizonte 2020.

Una de las bases del proyecto es la colaboración paneuropea, la cual asegura alcanzar una ciencia excelente y dar respuesta a los desafíos sociales. Por esto, 21 miembros de ocho países colaboran de forma estrecha para alcanzar los objetivos mencionados.

Entre los miembros del proyecto se encuentran todos los agentes del espectro innovador, incluyendo universidades, centros tecnológicos, empresas, consultoras de innovación y clústeres.

Todos los miembros del proyecto tienen una dilatada experiencia en su área de trabajo. Por destacar a algunos de ellos estarían: la Universidad de Wageningen, premiada por séptimo año consecutivo como la mejor universidad agroalimentaria del mundo en el ranking mundial de universidades; el departamento de ciencias ambientales de la Universidad de Nápoles, número 12 de Europa y 45 del mundo; e ITENE, el instituto de del envase y el embalaje, es un centro tecnológico con más de 3400 metros cuadrados de laboratorios e instalaciones, las cuales están equipados con la última tecnología.

El proyecto cuenta con empresas industriales que participan en las últimas fases de validación del producto, los cuales pondrán a disposición del proyecto sus plantas pilotos para facilitar el escalado de la tecnología a un entorno industrial. También es importante el papel de los clústeres. Gracias a su extensa red de contactos, permiten dar a conocer los resultados del proyecto fomentado su implementación y replicabilidad.

Shealthy tendrá un gran impacto en el sector. Se estima que se conseguirá alargar la vida útil de los productos seleccionados entre un 30 50%. Incrementará el valor natural un 20 30% en frutas y verduras y en un 70 130% en zumos y batidos (Figura 1). Por último, el desperdicio alimentario se reducirá un 30 40%.

Figura 1. Shealthy se centra en dos modelos de negocio: 1) frutas y verduras mínimamente procesados y 2) en zumos y smoothies

Para conseguir todos estos objetivos, Shealthy se basa en la optimización de combinación de métodos no térmicos de conservación y en métodos combinados de tecnologías no térmicas de conservación y en nuevos sistemas de logística sostenible adaptados a las PYME (Figura 2)

3. Tecnologías no térmicas

La pasteurización es el método tradicional empleado en la industria agroalimentaria para asegurar la seguridad de sus productos. Estos procesos se basan en el calor para eliminar los patógenos presentes en los alimentos (bacterias, virus y parásitos). Sin embargo, estos tratamientos afectan a las propiedades nutricionales y organolépticas del producto.

Como alternativa a esta situación, Shealthy desarrolla una combinación óptima de tecnologías no térmicas, alargando el tiempo de vida con un mínimo procesamiento. Estas mild technologies (métodos que no utilizan calor ni frío) destruyen los patógenos, al tiempo que conservan los atributos sensoriales y el contenido de nutrientes.

Figura 2. Diagrama del proyecto Shealthy

Caracterización agro morfológica de seis variedades tradicionales de pimiento de la Comunidad Valenciana

Aunque es extrapolable a otros modelos de negocio, el proyecto se centra en el saneamiento de frutas y verduras y en la estabilización de zumos y smoothies. En el primer caso se utilizan ultrasonidos, luz azul, luz de alta intensidad pulsada, agua electrolizada, plasma y envase activo. En el segundo, se aplican ultrasonidos y alta presiones.

Vemos estas tecnologías en más detalle.

3.1. Tecnologías de luz

Estas tecnologías se basan en el uso del espectro electromagnético para la eliminación de microrganismos. Entre ellas destaca la luz azul y la luz ultravioleta. Aunque su poder germicida es conocido desde hace tiempo, el interés en ella alcanzo un pico tras el COVID 19.

Al comparar ambas tecnologías vemos que la luz azul presenta ventajas con respecto a la UV. El menor precio, su menor efecto en la salud de los humanos y su menor daño de las superficies de plástico son algunos ejemplos (Figura 3)

Por otro lado, la luz pulsada de alta intensidad son pulsos cortos e intensos de radiación en un amplio espectro electromagnético que va desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano. La aplicación de estas tecnologías tiene un gran potencial, debido a que no deja residuos indeseables, la duración del tratamiento es muy corta, tiene una gran capacidad de inactivación microbiana y solo produce calentamiento superficial sobre el producto.

3.2. Agua activada por plasma

Cuando el plasma se descarga en el agua o en su superficie, se forman especies altamente reactivas que pueden emplearse en tratamientos de desinfección.

El proceso de generación consiste en la descarga del plasma en un caudal de gas constante a través de microondas sobre el agua. Es en el agua es donde se generan las especies reactivas que posteriormente pasan a un tanque listas para el uso en la sanitización o lavado de los alimentos (Figura 4)

Figura 3. Pruebas realizadas por la empresa IRIS para el Proyecto Shealthy

Figura 4. Sistema de generación de agua activada por plasma

3.3. Agua electrolizada

Esta tecnología pasa una solución salina por una célula electrolítica, donde ánodo y cátodo están separados por una membrana semipermeable. Al someter los electrodos a tensiones de corriente continua, se generan las especies activas encargadas de la desinfección. En función del pH podemos tener tres tipos de agua electrolizada: ácido, básico y neutro (Figura 5)

En el proyecto SHEALTHY, se ha optado por emplear agua electrolizada neutra por ser menos oxidante y corrosiva.

Figura 5. Sistema de generación de agua electrolizada

3.4. Envase activo

Estos envases contienen sustancias que interactúan con el alimento de su interior, de modo que es capaz de liberar sustancias para retrasar su deterioro. Alternativamente pueden absorber sustancias generadas por el alimento nocivas para su calidad y/o vida útil (Figura 6).

En el marco del proyecto Shealthy, se está trabajando en el desarrollo de un envase activo que contiene extractos de residuos vegetales con capacidad antimicrobiana y antioxidante. De este modo se busca aumentar la vida útil de frutas y verduras mínimamente procesadas.

Estos elementos activos se incorporan a través del packaging o en elementos individuales como sacos.

Caracterización agro morfológica de seis variedades tradicionales de pimiento de la Comunidad Valenciana

3.5. Ultrasonidos de alta intensidad

El termino ultrasonido se refiere a aquellas vibraciones con una lata frecuencia (entre 20 y 100 kHz) y potencia (entre 100 y 500 W/cm2). Los ultrasonidos son un método de desinfección seguro, no tóxico y respetuoso con el medio ambiente. Esto lo hace ideal para la desinfección de productos líquidos como zumo y batidos.

Hay varios mecanismos por el que está técnica inactiva la actividad microbiana. El primero de ellos es la cavitación, que genera burbujas microscópicas induciendo zonas de altas temperaturas (5000ºC) y presiones (500MPa). La segunda es la sonólisis del agua, que produce especies como los iones (OH ), (H+) y peróxido de hidrógeno. Por último, tiene un efecto mecánico en los microrganismos lo suficientemente grande como para inactivarlos (Figura 7).

Figura 7. Colapso de las burbujas debido al efecto de los ultrasonidos

3.6. Pasteurización con alta presión

Esta técnica se basa en el aumento de la presión isostática en un fluido debido a la compresión de este que se basa en la aplicación de presiones en el rango de 100 a 700 MPa en el contexto del procesamiento de alimentos.

El proceso consiste en la introducción de los zumos envasados en un compartimento en el que además se bombea agua a 6000 bares de presión. Tras unos minutos de tratamiento, se desactivan los microorganismos existentes. Posteriormente se descomprime el producto listo para su consumo (Figura 8).

Figura 6. Funcionamiento de un envase activo

Figura 8. Funcionamiento de la pasteurización hiperbárica (HPP)

3.7. Envase inteligente

Estos envases son aquellos envases que ofrecen un sistema de sensores e indicadores que monitorean y ofrecen información extra sobre diferentes parámetros, como las propiedades y el estado de conservación de los alimentos. De esta forma, podemos conocer información de gran utilidad sobre el producto. Entre la información que proporciona, destacan parámetros de cambios de temperatura, crecimiento microbiológico y el estado de conservación mediante unos indicadores visuales que pueden encontrarse en las etiquetas o el envoltorio. De esta manera se garantiza la calidad y seguridad del producto desde que sale de fábrica hasta que llega al destino (Figura 9)

3.8. Campos eléctricos pulsados

Esta es una tecnología no térmica de conservación de alimentos que usa descargas muy cortas de electricidad para la inactivación de enzimas y microorganismos sin alterar las propiedades del alimento.

3.9. Filtración por membrana

El principio de actuación de esta técnica es bastante simple. La membrana funciona como una pared de separación selectiva. De esta forma, algunas sustancias pueden atravesar la membrana, mientras que otras quedan atrapadas en ella. Por ello, la filtración de membrana se puede utilizar como una alternativa a la floculación, las técnicas de purificación de sedimentos,

Figura 9. Ejemplo de envase activo. Una mayor coloración de la etiqueta indica que el producto es menos fresco

la adsorción (filtros de arena y filtros de carbón activado, intercambiadores iónicos), extracción y destilación.

El mayor inconveniente de esta técnica, a parte de su aplicación en alimentos sólidos, es el de la limpieza de las membranas, ya que es necesario eliminar todos los restos orgánicos e inorgánicos que se acumulan, con cierta frecuencia, en las superficies.

3.10. Recubrimientos bioactivos

Los compuestos bioactivos son constituyentes no nutricionales que normalmente se encuentran en pequeñas cantidades en los alimentos. Generalmente, estos compuestos se encuentran en millones de especies de plantas, animales, organismos marinos y microorganismos, y pueden obtenerse por métodos de extracción y biotecnológicos.

Los compuestos bioactivos extraídos se pueden incorporar para producir nuevos alimentos funcionales, mejorando su vida útil, calidad nutricional y aumentando la aceptación de estos productos por parte del consumidor. Entre los compuestos bioactivos más utilizados se encuentran antioxidantes, antimicrobianos, probióticos y saborizantes, además de sustancias nutracéuticas.

En el proyecto Shealthy se desarrollan nuevos métodos de extracción de compuestos bioactivos a partir de subproductos y coproductos de frutas y verduras. Los mencionados compuestos se utilizarán como recubrimiento (coatings) para envases, lo cual alargará la vida útil de los alimentos (Figura 10)

3.11. Sistema de ayuda a la decisión

De forma transversal a estas tecnologías, el proyecto desarrolla un sistema de ayuda a la toma de decisiones (DSS). Estos son sistemas de información interactivos, diseñados para respaldar el proceso de toma de decisiones en las organizaciones.

Muchas decisiones no pueden ser establecidas de forma clara en protocolos, ya que requiere conocer una cantidad de datos demasiado elevado, la relación entre ellas no es evidente o pueden entrar en conflicto entre sí.

Caracterización agro morfológica de seis variedades tradicionales de pimiento de la Comunidad Valenciana

Figura 10. Extracción de compuestos bioactivos en el marco del proyecto

saludable;

Por esto, Shealthy DSS ayudará a las pymes a la hora de seleccionar la mejor combinación de métodos de procesamiento no térmicos. Como hemos comentado, algunos parámetros pueden entrar en conflicto entre sí, teniendo que elegir tal vez entre alargar la vida útil o aumentar la calidad nutricional. Para conseguir esto, se basa en modelos matemáticos y en datos en tiempo real recopilados por sensores (Figura 11).

Figura 11. Esquema de los sistemas de adquisición de datos (DAS)

Entrando más en detalle, la información de entrada del modelo matemático es un conjunto de condiciones industriales que combina parámetros estáticos y dinámicos. Algunos ejemplos de estos parámetros son la medida de energía, potencia, presión, conductividad, pH, viscosidad o contaminación.

Por otro lado, la capa de Adquisición de Datos se basa en microcontroladores de muy baja potencia que envían los datos de los sensores a través de señales de radio a una puerta de enlace a Internet. Ahí, la plataforma IoT (IoT Gateway) es la responsable de almacenar, filtrar y analizar los datos.

Se puede acceder al sistema desde cualquier lugar con una conexión a Internet dentro de un navegador web. De esta forma su implementación y mantenimiento es más rápida y fácil

4. Cadena logística alimentaria más transparente y trazable

Shealthy busca impulsar sistemas logísticos óptimos, trazables y que interconecten a todos los agentes de la cadena de valor. Para ello, se han diseñado sistemas de logísticos optimizados y se han desarrollado sensores de trazabilidad inteligentes (Figura 12). Esto garantiza la trazabilidad y seguridad alimentaria desde la producción primaria al usuario final.

Optimizar la cadena de valor y los sistemas de trazabilidad permite desbloquear nuevas oportunidades comerciales y aumentar la competitividad de las pymes agroalimentarias. Esto se realiza en dos fases: la recogida de datos y el análisis de la cadena logística.

La recogida de datos se estructura en los siguientes bloques: 1) Datos de actividad de la empresa; 2) Servicios de transporte y logística; 3) Caracterización de flotas de vehículos; 4) Costo de los servicios; 5) Calidad de los servicios contratados; 6) Uso de nuevas tecnologías; 7) Nivel de asociación; percepción de la cadena logística: 8) Propuestas de mejora de los servicios de transporte / logística. Esto aproximación holística permite obtener una visión 360 de toda la

cadena de valor. Esta información es empleada posteriormente en el análisis de la cadena logística, dando especial importancia a las pymes. A continuación, se resumen algunos de los resultados obtenidos

Las instalaciones más habituales que tienen las empresas se basan en almacenes y cámaras frigoríficas. El tiempo de almacenamiento de los productos en estas instalaciones es inferior a tres semanas, salvo aquella fruta de larga duración como las manzanas.

El transporte más común es el refrigerado, salvo en aquellas cadenas logísticas cortas. Entre las principales diferencias entre estos dos métodos de transporte están la carga y el precio del transporte. Mientras que el factor de carga mínimo para los no refrigerados es del 75%, en los refrigerados debe ser del 90% (llegando al 100%) en algunos casos. El transporte tiene un importante impacto en el precio final, llegando a suponer entre el cinco y el diez por ciento de venta de mercancía.

En cuanto a las incidencias de carga se ha visto que están causadas por incorrectas condiciones de conservación, estiba, embalaje y manejo. Solo esto, produce una pérdida de alimentos del 5%, llegando al 15% en algunos casos. Por esta razón, el 50% de las empresas encuestadas utilizan nuevas tecnologías, principalmente para procesos de gestión administrativa y sistemas de trazabilidad.

Como posibles mejoras a esta situación, se proponen mejoras en la gestión de operaciones, más formación del personal, aumentar la trazabilidad de la carga; establecer nodos logísticos intermodales; e implementar procedimientos administrativos más sencillos

El proyecto Shealthy busca controlar las condiciones de temperatura y humedad para aumentar la conservación del producto en la fase de almacenamiento. En cuanto al transporte, se busca aumentar la colaboración horizontal entre las empresas para la contratación de un servicio de transporte de milk run o milk round. También, busca introducir transporte refrigerado, con control de temperatura y humedad. Por último, se establecen protocolos de carga/descarga y estiba/desestiba, en el que la formación del personal es fundamental

La gestión del stock de los almacenes también tiene un rol central. En esta línea se implementa un modelo de gestión de almacenes FEFO (First Expires, First Out), es decir, el producto que primero se degrada o estropea es el primero en ser retirado. Uso de sistemas de inteligencia artificial para la gestión de la calidad.

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Figura 12 Dispositivos de trazabilidad: Monitoreo de temperatura, humedad y etileno; Registrador de datos (DR) de vibraciones y golpes

Consumo

Figura 13. Esquema de los nuevos sistemas logísticos implantados en el proyecto

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