Mejora de la eficiencia energética del procesamiento por altas presiones
El procesamiento por altas presiones (HPP) es un método no térmico de conservación de alimentos que garantiza la seguridad microbiológica y prolonga la vida útil, manteniendo la calidad de los alimentos, aunque las ineficiencias energéticas debidas al aire y al gas atrapados plantean retos operativos para su implementación sostenible. La desgasificación ultrasónica del líquido transmisor de presión y de los alimentos líquidos reduce la compresibilidad, minimiza las pérdidas de energía y mejora la eficiencia global del proceso HPP.
Procesamiento por altas presiones (HPP): retos de eficiencia energética
El procesamiento por altas presiones (HPP) es una de las principales técnicas no térmicas de conservación de alimentos y combina la inactivación microbiana con la preservación de la calidad en productos alimentarios líquidos y sólidos. La tecnología HPP garantiza la seguridad alimentaria y prolonga la vida útil sin comprometer las propiedades sensoriales ni nutricionales de los alimentos, en consonancia con la creciente preferencia de los consumidores por productos mínimamente procesados. Sin embargo, las necesidades energéticas del HPP plantean importantes retos operativos, especialmente debido a las ineficiencias que introduce el aire y el gas atrapados en el proceso. Abordar estos retos es fundamental para aprovechar todo su potencial en la producción sostenible de alimentos.
Descripción general: el HPP y sus retos energéticos
| Definición del HPP | Retos | Solución |
|---|---|---|
| Un método no térmico de conservación de alimentos que garantiza la seguridad microbiológica y prolonga la vida útil, manteniendo la calidad de los alimentos. | Ineficiencias energéticas debidas al aire y al gas atrapados, que aumentan los costes operativos. | La desgasificación ultrasónica reduce la compresibilidad, minimiza las pérdidas de energía y mejora la eficiencia del HPP. |
La solución: desgasificación ultrasónica de los líquidos utilizados en el HPP
La desgasificación ultrasónica ofrece una solución eficaz para mejorar la eficiencia energética del procesamiento por altas presiones (HPP), al eliminar el aire y el gas atrapados tanto en el líquido transmisor de presión como en los productos alimentarios líquidos. Al aplicar ultrasonidos de potencia, la cavitación ultrasónica favorece la rápida coalescencia y liberación de las burbujas de gas, lo que reduce la compresibilidad y minimiza las pérdidas de energía durante la compresión. Esta optimización no solo reduce los costes operativos, sino que también mejora la estabilidad del proceso, haciendo que el HPP sea más sostenible y eficaz para la conservación de alimentos.
Desgasificación ultrasónica del agua
Cómo funciona el HPP
El procesamiento por altas presiones (HPP) consiste en someter los productos alimentarios, normalmente en envases flexibles e impermeables, a presiones extremadamente altas de hasta 6.000 bar (600 MPa). El proceso se realiza en un recipiente de alta presión lleno de agua y sigue una secuencia sencilla:
- Carga: Los productos envasados se colocan en cestas de plástico y se introducen en el recipiente de alta presión.
- Presurización: el recipiente se llena de agua, que actúa como medio transmisor de presión. A continuación, el sistema se presuriza hasta el nivel deseado, que normalmente se mantiene durante unos minutos.
- Efecto isostático: La presión se aplica de forma uniforme e instantánea a todo el producto, independientemente de su tamaño, forma o composición. Esta presión isostática inactiva los microorganismos transmitidos por los alimentos y las enzimas responsables del deterioro sin aplastar ni deformar el producto.
- Despresurización y descarga: El recipiente se despresuriza, se evacua el agua y se extraen los productos tratados, listos para su consumo o procesamiento posterior.
Procesamiento por altas presiones (HPP)
© Balakrishna et al., 2020
El método HPP garantiza la seguridad alimentaria y conserva el sabor, la textura y el contenido de nutrientes. Sin embargo, este proceso requiere un aporte energético considerable, en el que influyen diversas ineficiencias operativas.
Retos del elevado consumo energético del HPP
Uno de los principales inconvenientes del HPP es su elevado consumo energético. Las grandes necesidades energéticas del proceso se deben a:
- Presurización del agua (líquido de acoplamiento): El agua utilizada para transmitir la presión isostática requiere una cantidad considerable de energía para comprimirse y mantener la presión objetivo.
- Aire y gas atrapados en el líquido de acoplamiento: Las burbujas de aire presentes en el agua reducen la eficiencia de transmisión de la presión y aumentan las necesidades energéticas. Estas burbujas se comprimen durante la presurización y absorben energía que, de otro modo, podría utilizarse para tratar el producto alimentario.
- Gas en los productos envasados: El aire o el gas atrapados en los alimentos envasados (por ejemplo, en productos enlatados o semisólidos) también contribuyen a la pérdida de energía. La compresión de las bolsas de gas internas requiere energía adicional y puede interferir en la uniformidad de la presión.
- Pérdidas de energía térmica: Aunque el HPP se considera un proceso no térmico, parte de la energía se disipa en forma de calor debido a la compresión del agua y a la fricción en los equipos. Esto aumenta los costes operativos y las necesidades de refrigeración.
Celda de flujo ultrasónica para la desgasificación de líquidos y la pasteurización de alimentos.
Efectos del aire y del gas atrapados sobre la demanda energética del HPP
La presencia de aire y gas afecta significativamente a la eficiencia del HPP:
- Menor eficiencia de transmisión de la presión: El aire y el gas se comprimen con mayor facilidad que los líquidos, por lo que se requiere energía adicional para alcanzar la misma presión dentro del recipiente.
- Tiempos de procesamiento más largos: El aire y el gas atrapados retrasan la estabilización de la presión isostática y prolongan la duración de los ciclos.
- Desperdicio de energía: Las bolsas de gas comprimido liberan energía durante la despresurización que no puede recuperarse, lo que contribuye a la ineficiencia global.
Estos efectos son especialmente pronunciados al procesar productos alimentarios con un contenido de aire naturalmente elevado o envases que atrapan gas en el espacio de cabeza, como los productos enlatados o envasados al vacío.
Estrategias para abordar los retos energéticos del HPP
Los esfuerzos por mejorar la eficiencia energética del HPP se centran en reducir la influencia del aire y del gas dentro del sistema:
Pretratamiento – desgasificación ultrasónica:
La aplicación de ultrasonidos para eliminar el aire y el gas disueltos del líquido de acoplamiento y de los productos alimentarios puede reducir significativamente el desperdicio de energía. La cavitación ultrasónica rompe eficazmente las burbujas de gas, permitiendo que escapen antes de la presurización.
Además, los productos pueden endurecerse tras la desgasificación ultrasónica al vacío, en particular los productos enlatados o sellados.
Disminución del oxígeno disuelto con el tiempo utilizando el sonicador UP400ST con amplitudes de 100 %, 80 %, 60 %, 40% y 20 %.
Estudio: ©Rognerud et al., 2020.
La sonicación como alternativa para un HPP sostenible
Los sistemas HPP híbridos que combinan ultrasonidos de alto rendimiento con calor moderado (termosonicación) o con presión elevada y calor moderado (manotermosonicación) son técnicas alternativas prometedoras que proporcionan una homogeneización y pasteurización fiables en condiciones suaves y con un bajo consumo energético. Dado que la pasteurización ultrasónica es un proceso en línea, incluso los grandes volúmenes pueden procesarse con una elevada eficiencia económica.
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Aunque el HPP se utiliza ampliamente para el procesamiento de alimentos, su elevado consumo energético, agravado por las ineficiencias debidas al aire y al gas atrapados, plantea un reto crucial. Mediante la integración de estrategias como la desgasificación ultrasónica, la industria alimentaria puede mejorar la sostenibilidad y la rentabilidad del HPP.
Hielscher Ultrasonics es el socio de confianza para soluciones de proceso destinadas a optimizar el HPP y ofrece tecnología ultrasónica avanzada para mejorar la eficiencia energética y la fiabilidad del proceso. Además, Hielscher proporciona soluciones innovadoras para la pasteurización sinérgica de alimentos asistida por ultrasonidos, garantizando productos alimentarios seguros y de alta calidad.
Bibliografía / Referencias
- Rognerud, Maren; Solemslie, Bjørn; Islam, Md Hujjatul; Pollet, Bruno (2020): How to Avoid Total Dissolved Gas Supersaturation in Water from Hydropower Plants by Employing Ultrasound. Journal of Physics: Conference Series 2020.
- Oner M.E. (2020): The effect of high pressure processing or thermosonication in combination with nisin on microbial inactivation and quality of green juice. Journal of Food Processing and Preservation 2020; 44:e14830.
- Evelyn, Filipa V.M. Silva (2016): High pressure processing pretreatment enhanced the thermosonication inactivation of Alicyclobacillus acidoterrestris spores in orange juice. Food Control, Volume 62, 2016. 365-372.
- Balakrishna, Akash Kaushal, Md Abdul Wazed, Mohammed Farid (2020): A Review on the Effect of High Pressure Processing (HPP) on Gelatinization and Infusion of Nutrients. Molecules 25 (10), 2020. 2369.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la desgasificación de los líquidos transmisores de presión?
La desgasificación consiste en eliminar los gases disueltos y atrapados del líquido utilizado en el procesamiento por altas presiones (HPP) para mejorar la eficiencia energética y la estabilidad del proceso. Al eliminar los gases compresibles, la desgasificación reduce las pérdidas de presión, mejora la distribución uniforme de la presión y minimiza el desgaste relacionado con la cavitación en los sistemas HPP.
¿Qué es el tratamiento de procesamiento por altas presiones (HPP)?
El HPP es un método no térmico de conservación de alimentos que aplica presiones hidrostáticas de hasta 600 MPa para inactivar los microorganismos y preservar las cualidades sensoriales y nutricionales. Prolonga la vida útil, garantiza la seguridad alimentaria y conserva los compuestos bioactivos sin utilizar calor, por lo que resulta adecuado para alimentos frescos y mínimamente procesados.
¿Qué problemas plantea el uso del procesamiento por altas presiones (HPP)?
Los principales retos del HPP incluyen el elevado consumo energético, las ineficiencias del proceso debidas al aire atrapado en los líquidos transmisores de presión y los elevados costes de los equipos. Además, aunque es eficaz contra la mayoría de los patógenos en estado vegetativo, el HPP no inactiva las esporas bacterianas sin barreras adicionales, como un calentamiento moderado (procesamiento térmico asistido por presión, PATP).
¿Cuál es la diferencia entre la pasteurización y el HPP?
La pasteurización es un proceso térmico que inactiva los microorganismos mediante calor (normalmente 60–85 °C), lo que puede alterar la textura y la composición nutricional de los alimentos. El HPP, en cambio, es un método no térmico que logra la inactivación microbiana mediante presión y conserva el sabor, la textura y los nutrientes originales de los alimentos, al tiempo que prolonga su vida útil.
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