Mejora de la eficiencia energética del procesamiento a alta presión
El procesado a alta presión (HPP) es un método no térmico de conservación de alimentos que garantiza la seguridad microbiana y prolonga la vida útil manteniendo la calidad de los alimentos, aunque sus ineficiencias energéticas debidas al aire y el gas atrapados plantean problemas operativos para una aplicación sostenible. La desgasificación por ultrasonidos del líquido que transmite la presión y de los alimentos líquidos reduce la compresibilidad, minimizando las pérdidas de energía y mejorando la eficiencia global del proceso HPP.
Procesado a alta presión (HPP): Retos de la eficiencia energética
El procesado por altas presiones (HPP) es una de las principales técnicas no térmicas de conservación de alimentos, que ofrece una combinación de inactivación microbiana y conservación de la calidad para productos alimenticios líquidos y sólidos. La tecnología HPP logra la seguridad alimentaria y prolonga la vida útil sin comprometer las propiedades sensoriales o nutricionales de los alimentos, en consonancia con la creciente preferencia de los consumidores por productos mínimamente procesados. Sin embargo, las demandas energéticas de la HPP plantean importantes retos operativos, sobre todo debido a las ineficiencias introducidas por el aire y el gas atrapados en el proceso. Resolver estos problemas es fundamental para aprovechar todo su potencial en la producción sostenible de alimentos.
Panorama general: HPP y sus retos energéticos
| Definición de HPP | Desafíos | solución |
|---|---|---|
| Método no térmico de conservación de alimentos que garantiza la seguridad microbiana y prolonga la vida útil manteniendo la calidad de los alimentos. | Ineficiencias energéticas debidas al aire y al gas atrapados, lo que aumenta los costes operativos. | La desgasificación ultrasónica reduce la compresibilidad, minimizando las pérdidas de energía y mejorando la eficacia de la HPP. |
La solución: Desgasificación ultrasónica de líquidos HPP
La desgasificación ultrasónica ofrece una solución eficaz para mejorar la eficiencia energética del procesamiento a alta presión (HPP) mediante la eliminación del aire y el gas atrapados tanto en el líquido que transmite la presión como en los productos alimentarios líquidos. Mediante la aplicación de ultrasonidos de potencia, la cavitación ultrasónica promueve la rápida coalescencia y liberación de burbujas de gas, reduciendo la compresibilidad y minimizando las pérdidas de energía durante la compresión. Esta optimización no sólo reduce los costes operativos, sino que también mejora la estabilidad del proceso, haciendo que la HPP sea más sostenible y eficaz para la conservación de alimentos.
Desgasificación ultrasónica del agua
Cómo funciona HPP
El procesado a alta presión (HPP) consiste en someter los productos alimentarios, normalmente en envases flexibles e impermeables, a presiones extremadamente altas, de hasta 6.000 bares (600 MPa). El proceso tiene lugar en un recipiente de alta presión lleno de agua y en una secuencia directa:
- Carga: Los productos envasados se colocan en cestas de plástico y se transportan al recipiente de alta presión.
- Presurización: Se introduce agua en el recipiente, que actúa como medio transmisor de presión. A continuación, el sistema se presuriza hasta el nivel deseado, que suele mantenerse durante unos minutos.
- Efecto isostático: La presión se aplica de manera uniforme e instantánea sobre el producto, independientemente de su tamaño, forma o composición. Esta presión isostática inactiva los microorganismos transmitidos por los alimentos y las enzimas de deterioro sin aplastar ni deformar el producto.
- Despresurización y descarga: El recipiente se despresuriza, el agua se drena y los productos tratados se transportan fuera, listos para su consumo o procesamiento posterior.
Procesado por altas presiones (HPP)
Balakrishna et al., 2020
El método HPP garantiza la seguridad alimentaria al tiempo que preserva el sabor, la textura y el contenido de nutrientes. Sin embargo, este proceso requiere un importante aporte de energía, factor en el que influyen varias ineficiencias operativas.
Retos del alto consumo energético en las centrales de cogeneración
Uno de los principales inconvenientes de la HPP es su elevado consumo de energía. La naturaleza intensiva en energía del proceso se debe a:
- Presurización del agua (líquido de acoplamiento): El agua utilizada para transmitir la presión isostática requiere una energía considerable para comprimirse y mantener la presión objetivo.
- Aire y gas atrapados en el líquido de acoplamiento: Las burbujas de aire dentro del agua reducen la eficacia de la transmisión de presión, lo que aumenta las necesidades de energía. Estas burbujas se comprimen durante la presurización, absorbiendo energía que de otro modo podría utilizarse para tratar el producto alimenticio.
- Gas en productos envasados: El aire o gas atrapado dentro de los alimentos envasados (por ejemplo, en productos enlatados o semisólidos) contribuye de forma similar 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 la 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 de los equipos. Esto aumenta los costes operativos y las necesidades de refrigeración.
Célula de flujo ultrasónica para desgasificación de líquidos y pasteurización de alimentos.
Repercusiones del aire y el gas atrapados en la demanda energética de las centrales hidroeléctricas
La presencia de aire y gas afecta significativamente a la eficiencia de la HPP:
- Eficacia de la transmisión a presión reducida: El aire y el gas se comprimen más fácilmente que los líquidos, lo que significa que se necesita más energía para alcanzar la misma presión dentro del recipiente.
- Tiempos de tramitación más largos: El aire y el gas atrapados retrasan la estabilización de la presión isostática, prolongando la duración de los ciclos.
- Desperdicio de energía: Las bolsas de gas comprimido liberan energía al despresurizarse, que no puede recuperarse, lo que contribuye a la ineficacia general.
Estos efectos son especialmente pronunciados cuando se procesan productos alimenticios con un alto contenido natural de aire o envases que atrapan el gas del espacio de cabeza, como los artículos enlatados o envasados al vacío.
Estrategias para hacer frente a los retos energéticos en las centrales de producción de alta presión
Los esfuerzos por mejorar la eficiencia energética de las centrales de cogeneración se centran en reducir la influencia del aire y el gas dentro del sistema:
Pretratamiento – Desgasificación ultrasónica:
La aplicación de ultrasonidos para eliminar el aire y el gas disueltos en el líquido de acoplamiento y los productos alimentarios puede reducir significativamente el derroche de energía. La cavitación ultrasónica desintegra eficazmente las burbujas de gas, lo que les permite escapar antes de la presurización.
Además, los productos pueden cuajar tras la desgasificación ultrasónica al vacío, en particular los artículos enlatados o precintados.
Disminución del oxígeno disuelto con el tiempo utilizando el sonicador UP400ST a amplitudes del 100 %, 80 %, 60 %, 40 % y 20 %..
Estudio: ©Rognerud et al., 2020.
La sonicación como alternativa para una HPP sostenible
Los sistemas HPP híbridos que combinan ultrasonidos de alto rendimiento con calor suave (termosonicación) o con presión elevada y calor suave (manterosonicación) son técnicas alternativas prometedoras que proporcionan una homogeneización y pasteurización fiables en condiciones suaves y con un bajo consumo energético. Dado que la pasteurización por ultrasonidos es un proceso en línea, pueden procesarse incluso grandes volúmenes con gran rentabilidad.
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Aunque la HPP se utiliza ampliamente en el procesado de alimentos, su alto consumo energético, unido a las ineficiencias derivadas del aire y el gas atrapados, plantea un reto crítico. Mediante la integración de estrategias como la desgasificación ultrasónica, la industria alimentaria puede mejorar la sostenibilidad y la rentabilidad de la HPP.
Hielscher Ultrasonics es el socio de confianza para soluciones de proceso en la optimización de HPP, ofreciendo 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 alimenticios seguros y de alta calidad.
Literatura / 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 líquidos transmisores de presión?
La desgasificación es la eliminación de gases disueltos y atrapados en el líquido utilizado en el procesamiento a alta presión (HPP) para mejorar la eficiencia energética y la estabilidad del proceso. Al eliminar los gases compresibles, la desgasificación reduce la pérdida 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 por altas presiones HPP?
La HPP es un método no térmico de conservación de alimentos que aplica presiones hidrostáticas de hasta 600 MPa para inactivar microorganismos y preservar al mismo tiempo las cualidades sensoriales y nutricionales. Prolonga la vida útil, garantiza la seguridad alimentaria y retiene los compuestos bioactivos sin utilizar calor, por lo que es adecuado para alimentos frescos y mínimamente procesados.
¿Cuál es el problema de utilizar el procesado por altas presiones HPP?
Los principales problemas de la HPP son el elevado consumo de energía, las ineficiencias del proceso debidas al aire atrapado en los líquidos que transmiten la presión y los elevados costes del equipo. Además, aunque es eficaz contra la mayoría de los patógenos vegetativos, la HPP no inactiva las esporas bacterianas sin obstáculos adicionales como un calentamiento suave (procesamiento térmico asistido por presión, PATP).
¿Cuál es la diferencia entre pasteurización y HPP?
La pasteurización es un proceso térmico que inactiva los microorganismos mediante calor (normalmente entre 60 y 85 °C), lo que puede alterar la textura y la composición nutricional de los alimentos. La HPP, en cambio, es un método no térmico que consigue la inactivación microbiana mediante presión, preservando el sabor, la textura y los nutrientes originales de los alimentos y prolongando su vida útil.
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