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Aplicaci贸n de ultrasonidos de potencia para la mejora de procesos de inactivaci贸n con fluidos supercr铆ticos
La industria alimentaria, en respuesta a la demanda por parte de los
consumidores de alimentos naturales, frescos y libres de conservantes qu铆micos,
ha desarrollado tecnolog铆as de conservaci贸n no t茅rmicas. El CO2
supercr铆tico
(SC-CO2
), representa una tecnolog铆a no t茅rmica de inactivaci贸n prometedora, ya
que est谩 encaminada a producir el m铆nimo impacto sobre las propiedades
nutricionales y organol茅pticas de los alimentos. Sin embargo, en algunos casos se
requieren condiciones de presi贸n o temperatura elevadas, as铆 como tratamientos
excesivamente largos para garantizar la seguridad y estabilidad de los alimentos.
En este sentido, con el objetivo de obtener la letalidad requerida empleando
procesos m谩s cortos o de menor intensidad, en el presente trabajo se ha
desarrollado una combinaci贸n del SC-CO2
con ultrasonidos de potencia (HPU) y
de SC-CO2
con altas presiones hidrost谩ticas (HHP), para ser empleadas en
procesos de inactivaci贸n microbiana y enzim谩tica.
El objetivo principal de la presente Tesis fue evaluar tecnolog铆as no t茅rmicas
de conservaci贸n basadas en la combinaci贸n de SC-CO2
y HPU, y en la
combinaci贸n de SC-CO2
y HHP. Respecto a la combinaci贸n de SC-CO2
con
HPU, se estudio la influencia del estado de crecimiento de las c茅lulas, de las
condiciones del proceso, de la naturaleza del medio y del uso o no de HPU, sobre
las cin茅ticas de inactivaci贸n de microorganismos (Escherichia coli (E. coli) y
Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae)) y enzimas (pectin-metil-esterasa
(PME)). Se emplearon modelos matematicos y t茅cnicas de microscopia para
describir las cin茅ticas y los mecanismos de inactivaci贸n, respectivamente. En
cuanto a la combinaci贸n de SC-CO2
y HHP, se evalu贸 el efecto de la adici贸n de
diferentes niveles de CO2
en el envase sobre la eficacia del tratamiento con HHP
para inactivar PME, peroxidasa (POD) y polifenol oxidasa (PPO) en feijoa pure.
Se estudi贸 la influencia del estado de crecimiento de las c茅lulas de E. coli y
S. cerevisiae inoculadas en medio de cultivo, LB e YPD Broth, respectivamente,
sobre sus cin茅ticas de inactivaci贸n con SC-CO2
(350 bar, 35 潞C). Cultivos
individuales de E. coli y S. cerevisiae se incubaron hasta que las c茅lulas
alcanzaron cuatro estados de crecimiento diferentes, desde la fase temprana
exponencial hasta la fase estacionaria, para posteriormente ser tratadas con
SC-CO2
a 350 bar y 35 潞C. Se compar贸 el proceso combinado de SC-CO2+HPU con el tratamiento de SC-CO2
para evaluar el efecto de los HPU sobre las
cin茅ticas de inactivaci贸n con SC-CO2
de E. coli y S. cerevisiae en la fase
temprana estacionaria, inoculados ambos microorganismos en medios de cultivo,
y se determin贸 el efecto de diferentes temperaturas (31-41 潞C, 225 bar) y
presiones (100-350 bar, 36 潞C). Con el objetivo de conocer los mecanismos de
inactivaci贸n asociados a esta tecnolog铆a combinada (SC-CO2+HPU) se realiz贸 un
estudio morfol贸gico. Se estudiaron las diferencias entre c茅lulas de E. coli y
S. cerevisiae no tratadas, tratadas con SC-CO2 (350 bar, 36 潞C, 5 min) y con
SC-CO2+HPU (350 bar, 36 潞C, 5 min, 40 W) usando microscop铆a 贸ptica (LM) y
microscop铆a electr贸nica de transmisi贸n (TEM). Se seleccion贸 el zumo de
manzana y de naranja para estudiar la inactivaci贸n de ambos microorganismos
con SC-CO2+HPU en matrices reales; adem谩s, se estudi贸 la inactivaci贸n de la
enzima pectin-metil-esterasa (PME) del zumo de naranja. Las experiencias se
llevaron a cabo a diferentes temperaturas (31-41 潞C, 225 bar) y presiones
(100-350 bar, 36 潞C). Las condiciones de temperatura y presi贸n seleccionadas
superan el punto cr铆tico del CO2
y son menores que las condiones letales para
ambos microorganismos. Tanto E. coli como S. cerevisiae se han seleccionado
para el presente trabajo porque son componentes habituales de la flora
responsable del deterioro de alimentos y son com煤nmente empleados como
indicadores de contaminaci贸n en alimentos.
Se investig贸 la combinaci贸n de los SC-CO2
con HHP para determinar el
efecto de diferentes niveles de CO2
(solo HHP (HHP); carbonataci贸n y HHP
(HHPcarb); carbonataci贸n + adici贸n de 8.5 ml de CO2
/ g pur茅 en el espacio de
cabeza del paquete y HHP (HHPcarb+CO2
)) sobre la eficacia del tratamiento con
HHP para inactivar PME, peroxidasa (POD) y polifenol oxidasa (PPO) en pur茅
de feijoa contenido en una bolsa de pl谩stico, a diferentes presiones (300, 450 y
600 MPa, durante 5 min).
Los resultados mostraron que la resistencia de ambos microorganismos a los
tratamientos de inactivaci贸n con SC-CO2
aument贸 progresivamente conforme la
fase de crecimiento avanz贸, lo cual podr铆a deberse a la activaci贸n de sistemas de
protecci贸n naturales que desarrollan los microorganismos conforme se acercan a
la fase estacionaria de crecimiento. Las cin茅ticas de inactivaci贸n de E. coli y
S. cerevisiae se ajustaron al modelo de Weibull (R2
= 0.93; RMSE = 0.59) y al
modelo de Gompertz (R2
= 0.96; RMSE = 0.53), respectivamente, que fueron adaptados para considerar la fase de crecimiento como uno de los par谩metros de
dichos modelos.
Empleando SC-CO2
, la velocidad de inactivaci贸n de ambos microorganismos
aument贸 progresivamente con la presi贸n y la temperatura. El tiempo necesario
para alcanzar una inactivaci贸n completa de E. coli (8 ciclos-log) se redujo de 60
a 25 min al aumentar la presi贸n de 100 a 350 bar (36 潞C), y de 75 a 40 min al
aumentar la temperatura de 31 a 41 潞C (225 bar). La inactivaci贸n completa de
S. cerevisiae (7 ciclos-log) se alcanz贸 煤nicamente tras 140 min de proceso a
350 bar y 36 潞C. En general, presiones y temperaturas m谩s elevadas mejoran la
solubilizaci贸n del SC-CO2
en el medio e incrementan la fluidez de la membrana
celular, respectivamente, facilitando el contacto y la penetraci贸n del CO2
, lo que
favorece el descenso del pH intracelular y la extracci贸n de componentes vitales
para la c茅lula. Sin embargo, al aplicar HPU en los tratamientos de SC-CO2
en
medios de cultivo, se observ贸 una dr谩stica inactivaci贸n microbiana, alcanz谩ndose
una reducci贸n total (107
-108
ciclos-log) tras solo 1-2 min de tratamiento.
Aplicando SC-CO2+HPU no se observ贸 un efecto significativo en el nivel de
inactivaci贸n al aumentar la presi贸n o la temperatura debido a que los HPU
generan una vigorosa agitaci贸n que acelera los mecanismos de inactivaci贸n
asociados a los SC-CO2
y enmascara el efecto de estas variables del proceso.
Adem谩s, la cavitaci贸n generada por los HPU podr铆a da帽ar la pared celular de los
microorganismos, acelerando su inactivaci贸n. El estudio de la existencia de un
posible efecto sin茅rgico entre ambas tecnolog铆as revel贸 que la combinaci贸n de
SC-CO2
y HPU tuvo un mayor efecto en la inactivaci贸n que la adici贸n de los
efectos individuales de ambas. Para E. coli, se alcanz贸 una reducci贸n de 0.3, 0.9
y 8 ciclos-log tras 5 min de tratamiento con SC-CO2
, HPU y SC-CO2+HPU,
respectivamente; para S. cerevisiae se alcanz贸 una reducci贸n de 6.83 ciclos-log
tras 2 min de tratamiento con SC-CO2+HPU, mientras que tras el mismo periodo
de tiempo con s贸lo SC-CO2
o HPU no se observ贸 ninguna reducci贸n en el
n煤mero de microorganismos.
En todos los tratamientos llevados a cabo, la levadura S. cerevisiae mostr贸
mayor resistencia a los tratamientos con SC-CO2
que la bacteria E. coli, lo cual
podr铆a estar relacionado con el mayor espesor de la pared celular de S. cerevisiae
comparado con el de E. coli, 124.8 nm frente a 17.7 nm, respectivamente. Sin
embargo, al combinar el SC-CO2
y los HPU, la agitaci贸n vigorosa y la cavitaci贸n del medio enmascar贸 las diferentes resistencias mostradas por ambos
microorganismos en los tratamientos con SC-CO2
.
Las im谩genes de LM y TEM mostraron que tras 5 min de tratamiento con
SC-CO2
se produjo una distribuci贸n irregular del contenido citoplasm谩tico y
aparecieron peque帽as modificaciones en la envoltura celular, no siendo ninguno
de estos cambios letales para las c茅lulas de E. coli ni de S. cerevisiae. Adem谩s,
las mayores diferencias entre ambos microorganismos se identificaron en el
efecto sobre la envoltura celular: en S. cerevisiae se observaron ligeras
modificaciones aunque no se apreci贸 rotura de la pared celular, mientras que la
pared de las c茅lulas de E. coli aparecieron con un alto grado de disoluci贸n,
p茅rdida de cohesividad, protuberancias y algunas 谩reas desintegradas. Sin
embargo, 5 min de tratamiento con SC-CO2+HPU fueron suficientes para
alcanzar una inactivaci贸n completa de ambos microorganismos. Las im谩genes de
LM y TEM revelaron mayor proporci贸n de regiones vac铆as dentro de las c茅lulas
tratadas con SC-CO2+HPU, lo que indic贸 una clara reducci贸n del contenido
citoplasm谩tico. La envoltura de las c茅lulas de E. coli se desintegr贸 totalmente,
mientras que las paredes de las c茅lulas de S. cerevisiae perdieron parcialmente su
estructura laminada y se pudieron observar algunas paredes rotas. Por tanto, los
mecanismos de inactivaci贸n asociados a los SC-CO2+HPU podr铆an estar
relacionados con el fen贸meno de cavitaci贸n generado por los HPU, el cual da帽a
bruscamente la envoltura celular incrementando tanto la ruptura de la membrana
celular como la desintegraci贸n del contenido intracelular. Los da帽os generados
por el tratamiento de SC-CO2+HPU fueron tan severos que evitaron una posible
recuperaci贸n de las c茅lulas durante un almacenamiento posterior al tratamiento
(6 semanas a 4 潞C).
En promedio, la inactivaci贸n de ambos microorganismos con SC-CO2+HPU
en zumo de manzana (5.3 min) fue m谩s lenta que en zumo de naranja (4.6 min);
y en ambos zumos m谩s lenta que en medios de cultivo (1.5 min). Esto podr铆a
estar relacionado con el contenido de az煤car del medio y la solubilizaci贸n del
CO2
en el mismo. El az煤car se liga al agua del medio, por tanto, la cantidad de
agua disponible donde el CO2
puede disolverse es menor en zumo de manzana
(15.6 潞Brix) que en zumo de naranja (11.6 潞Brix); y menor en ambos zumos que
en LB (2 潞Brix) o YPD (5 潞Brix) Broth. Adem谩s, empleando SC-CO2+HPU, la
velocidad de inactivaci贸n de ambos microorganismos inoculados en zumos
aument贸 con la presi贸n y la temperatura. Esto podr铆a estar relacionado con la composici贸n de los zumos, los cuales no se saturan r谩pidamente de CO2
en los
tratamientos con SC-CO2+HPU como s铆 ocurre en las experiencias llevadas a
cabo sobre medios de cultivo, de manera que un incremento de presi贸n o
temperatura puede facilitar la solubilizaci贸n del CO2
.
Contrariamente a los resultados obtenidos con SC-CO2+HPU sobre medios de
cultivo, donde no se observaron diferencias entre E. coli y S. cerevisiae, en
zumos E. coli mostr贸 mayor resistencia que S. cerevisiae. En promedio, para
alcanzar una completa inactivaci贸n de E. coli y S. cerevisiae se necesit贸 un
tiempo de tratamiento de 6.6 y 3.3 min, respectivamente. En zumos, la vigorosa
solubilizaci贸n del CO2
generada por los HPU podr铆a estar dificultada por un
mayor contenido de az煤car, por tanto los mecanismos de inactivaci贸n podr铆an
estar gobernados principalmente por el fen贸meno de cavitaci贸n y el tama帽o de
los microorganismos. El tama帽o de las c茅lulas de S. cerevisiae es mucho mayor
que el de las de E. coli, por tanto, la probabilidad de que las burbujas de
cavitaci贸n afecten a la estructura celular ser谩 mayor para S. cerevisiae que para
E. coli.
Por otro lado, la inactivaci贸n de la enzima PME mediante SC-CO2+HPU
aument贸 con la presi贸n y la temperatura, aunque su inactivaci贸n completa no se
alcanz贸 en ninguna de las condiciones estudiadas. La inactivaci贸n de enzimas
tratadas mediante SC-CO2
se debe a la bajada de pH, al efecto inhibitorio del
CO2
sobre la actividad enzim谩tica y a los cambios estructurales generados por el
SC-CO2
. La enzima PME mostr贸 mayor resistencia a los tratamientos con
SC-CO2+HPU que los microorganismos E. coli o S. cerevisiae en zumo de
naranja (se alcanz贸 una reducci贸n del 18.9 %, 62.4 % y 88.1 %, a 36 潞C y
225 bar tras 2 min de tratamiento, respectivamente), lo que puede atribuirse a la
diferente naturaleza y tama帽o de los microorganismos y las enzimas.
El modelo de Peleg Tipo A (R
2 = 0.936; RMSE = 0.561) y el modelo de
Weibull (R2 = 0.923; RMSE = 0.561) se adaptaron para describir las cin茅ticas de
inactivaci贸n de E. coli y S. cerevisiae con SC-CO2+HPU en zumo de manzana,
respectivamente, incluyendo la presi贸n y la temperatura como par谩metros de
dichos modelos. El modelo Bif谩sico (R
2 = 0.960; RMSE = 0.391), el modelo de
Peleg Tipo B (R
2
= 0.894; RMSE = 0.687) y el modelo fraccional (R2 = 0.931;
RMSE = 0.085), se adaptaron para describir las cin茅ticas de inactivaci贸n de E. coli, S. cerevisiae y PME con SC-CO2+HPU en zumo de naranja,
respectivamente, incluyendo como par谩metros de dichos modelos la presi贸n y la
temperatura.
Los resultados revelaron que la actividad residual de las enzimas PME, POD
y PPO descendi贸 conforme aument贸 la presi贸n, ya que la presi贸n genera un
desorden estructural que puede cambiar la estructura tri-dimensional de las
enzimas. Las muestras tratadas con HHPcarb+CO2 mostraron un mayor grado de
inactivaci贸n de las tres enzimas, comparado con las muestras tratadas con
HHPcarb o HHP, en cualquier condici贸n de presi贸n seleccionada. Esto podr铆a
deberse a una mayor cantidad de CO2
disuelto, que provocar铆a una mayor ca铆da
de pH y la consecuente desnaturalizaci贸n de las enzimas. Adem谩s, el CO2
disuelto en el pur茅 durante el tratamiento de HHP, podr铆a generar un repentino y
significativo burbujeo durante la despresurizaci贸n, que podr铆a contribuir a
generar mayores cambios estructurales responsables de la inactivaci贸n
enzim谩tica.
Finalmente, se puede concluir que la combinaci贸n de SC-CO2
con HPU o
HHP mejor贸 los mecanismos de inactivaci贸n de microorganismos y enzimas. La
aplicaci贸n de HPU agiliza los tratamientos con SC-CO2
, acelerando la
solubilizaci贸n del CO2
en el medio, que es el primer paso en los tratamientos con
SC-CO2
; y generando el fen贸meno de cavitaci贸n que da帽a las paredes celulares,
facilitando tanto la penetraci贸n del SC-CO2
a las c茅lulas como la extracci贸n de
componentes intracelulares, lo que acelera la muerte de las c茅lulas microbianas.
Adem谩s, la combinaci贸n de SC-CO2 con HHP aceler贸 la inactivaci贸n de enzimas
en comparaci贸n con HHP. Empleando estas tecnolog铆as combinadas, se pueden
utilizar tiempos de proceso razonables para la industria alimentaria, as铆 como
condiciones de tratamiento suaves, lo que resultar铆a en una reducci贸n del coste
del proceso y en una minimizaci贸n del impacto sobre las propiedades
nutricionales y organol茅pticas de los productos tratados.
Se recomienda llevar a cabo mas investigaciones para conocer
detalladamente los mecanismos de inactivaci贸n de microorganismos y enzimas
con SC-CO2+HPU y SC-CO2+HHP. Tambien ser铆a interesante conocer el efecto
de estas tecnolog铆as no t茅rmicas combinadas sobre las propiedades
f铆sico-qu铆micas de los alimentos tratados y sobre la aceptaci贸n de los mismos por
parte del consumidor.Ortu帽o Cases, C. (2014). Aplicaci贸n de ultrasonidos de potencia para la mejora de procesos de inactivaci贸n con fluidos supercr铆ticos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39344TESI
Modelling of the inactivation kinetics of Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae and pectin methylesterase in orange juice treated with ultrasonic-assisted supercritical carbon dioxide
[EN] The combined effect of supercritical carbon dioxide (SC-CO2) and high power ultrasound (HPU) on the inactivation kinetics of Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae and pectin-methyl esterase (PME) in orange juice was studied in order to select models that can predict their inactivation behaviour based on process parameters. Experiments were performed at different temperatures (31-41 degrees C, 225 bar) and pressures (100-350 bar, 36 degrees C). The inactivation rate of E. coli, S. cerevisiae and PME increased with pressure and temperature during SC-CO2 + HPU treatments. The SC-CO2 + HPU inactivation kinetics of E. coli, S. cerevisiae and PME were represented by models that included temperature, pressure and treatment time as variables, based on the Biphasic, the Peleg Type B, and the fractional models, respectively. The HPU-assisted SC-CO2 batch system permits the use of mild process conditions and treatment times that can be even shorter than those of continuous SC-CO2 systems. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.The authors acknowledge the financial support from project CSD2007-00016 (CONSOLIDER-INGENIO 2010) funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (Madrid, Spain) and from project PROMETEO/2010/062 financed by the Generalitat Valenciana (Conselleria d'Educacio, Cultura i Esport, Valencia, Spain). The authors acknowledge the Universitat Politecnica de Valencia for the FPI grant given to Carmen Ortuno Cases and Dr. Emilia Matallana and Dr. Paula Alepuz for the generous gift of S. cerevisiae T73 and E.coli DH1 strains, respectively.Ortu帽o Cases, C.; Balaban, M.; Benedito Fort, JJ. (2014). Modelling of the inactivation kinetics of Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae and pectin methylesterase in orange juice treated with ultrasonic-assisted supercritical carbon dioxide. Journal of Supercritical Fluids. 90:18-26. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2014.03.004S18269
Inactivation kinetics and cell morphology of E.coli and S.carevisiae trated with ultrasound-assited supercritical CO2
[EN] The inactivation kinetics of Escherichia coli (E. coli) and Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) cells in apple juice
subjected to supercritical carbon dioxide (SC-CO2) assisted by high power ultrasound (HPU) at different pressures
(100 350 bar, 36 掳C) and temperatures (31 41 掳C, 225 bar) were studied. On average, shorter process
times were required to achieve the total inactivation of S. cerevisiae (2 6 min) in apple juice than E. coli
(7 min). The inactivation kinetics of E. coli and S. cerevisiae were satisfactorily described by the Peleg Type A
and theWeibull model, respectively, considering temperature and pressure as model parameters. Transmission
electron microscopy (TEM) and light microscopy (LM) techniques were used to study the cellular changes of
SC-CO2 (350 bar, 36 掳C, 5 min) and SC-CO2+HPU (350 bar, 36 掳C, 5 min, 40W)treated cells. TEMand LMimages
revealed that 5 min of SC-CO2 treatment generated minor morphological modifications, although no inactivation
of the cells was obtained. However, 5 min of SC-CO2+HPU treatment totally inactivated the population of both
microorganisms. SC-CO2 + HPU produced the degradation of the internal cell content and the disruption of the
cell wall and plasmalemma, which prevented the possible regrowth of the cells during refrigerated storage.The authors acknowledge the financial support from project CSD2007-00016 (CONSOLIDER-INGENIO 2010, Spanish Ministry of Science and Innovation) and from project PROMETEO/2010/062; Generalitat Valenciana. We thank Dr. Emilia Matallana and Dr. Paula Alepuz for the generous gift of S. cerevisiae T73 and E. coli DH1 strains, respectively.Ortu帽o Cases, C.; Quiles Chuli谩, MD.; Benedito Fort, JJ. (2014). Inactivation kinetics and cell morphology of E.coli and S.carevisiae trated with ultrasound-assited supercritical CO2. Food Research International. 62:955-964. doi:10.1016/j.foodres.2014.05.012S9559646
Combined high hydrostatic pressure and carbon dioxide inactivation of pectin methylesterase, polyphenol oxidase and peroxidase in feijoa puree
[EN] A combined treatment of high hydrostatic pressure (HHP) and dense phase carbon dioxide (DPCD) was investigated to inactivate pectin methylesterase (PME), peroxidase (POD) and polyphenol oxidase (PPO) in feijoa (Acca sellowiana) puree. The treatments were HHP (HHP); carbonation and HHP (HHPcarb); carbonation + addition of 8.5 mL CO2/g puree into the headspace of the package and HHP (HHPcarb + CO2). The different samples were treated at 300,450 and 600 MPa, for 5 min.
The residual POD and PPO activity decreased in the order HHP>HHPcarb> HHPcarb+ CO2 at all pressures used. Treatments with HHP at 300 MPa increased POD activity to 140%. The residual PME activity of HHPcarb and HHPcarb+ CO2 samples at 600 MPa (45-50%) was significantly (p<0.05) lower than for HHP treatment (65%).
The simultaneous application of HHP and DPCD seems to synergistically enhance the inactivation of the enzymes studied, the CO2 concentration being a key process factor. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.The authors acknowledge the financial support from project CSD2007-00016 (CONSOLIDER-INGENIO 2010) funded by the Spanish Ministry of Science and to the Universitat Politecnica de Valencia for the FPI grant given to Carmen Ortuno Cases.Ortu帽o Cases, C.; Duong, T.; Balaban, M.; Benedito Fort, JJ. (2013). Combined high hydrostatic pressure and carbon dioxide inactivation of pectin methylesterase, polyphenol oxidase and peroxidase in feijoa puree. Journal of Supercritical Fluids. 82:56-62. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2013.06.005S56628
Estudio de la influencia de la aplicaci贸n de ultrasonidos de alta intensidad en el secado y la microestructura de la corteza de naranja
Consulta en la Biblioteca ETSI Industriales (7862)[ES] En el presente Proyecto Fin de Carrera se estudia la influencia de los ultrasonidos de potencia en la microestructura de la corteza de naranja, con el fin de aplicar 茅stos en el secado de la misma. Dicho secado es necesario para conservar el alimento y debe realizarse alterando m铆nimamente las propiedades del producto, que posteriormente ser谩 sometido a otros procesos de los que se pretende obtener un 贸ptimo beneficio. Adem谩s durante la etapa de secado se busca minimizar el consumo energ茅tico.Ortu帽o Cases, C. (2008). Estudio de la influencia de la aplicaci贸n de ultrasonidos de alta intensidad en el secado y la microestructura de la corteza de naranja. http://hdl.handle.net/10251/34332.Archivo delegad
Optimization of the antioxidant capacity of thyme (Thymus vulgaris L.) extracts: Management of the drying process
[EN] The antioxidant properties of medicinal plants have been at the center of research for their use as preservatives or nutraceuticals by the food industry; additionally, to obtain quality products at a minimum cost and maximum yield, through optimal operating parameters, is a challenge for the food industry. The aims of this work was to effect operating conditions drying process on antioxidant capacity of the thyme and optimize the drying process creating a process management system to formulate and solve an optimization problem. The thyme drying process was analyzed under different drying air temperatures (T) (40-80 degrees C) and drying air velocity (V) (1-2 m/s). The essential oil was extracted by applying a super-critical fluid extraction method (35 degrees C, 35 x 10(3) kPa). To formulate and solve the optimization problem, artificial neural networks were developed. The optimum value of the optimization problem depend of the constraints established, shorting the drying time to research the final moisture content fixed. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.The authors would like to acknowledge the financial support of the Government of Spain through the MICINN (DPI2009-14549-C04), from CARNISENUSA project (CSD2007-00016) included in the program CONSOLIDER-INGENIO-2010.Rodr铆guez Cortina, J.; Ortu帽o Cases, C.; Benedito Fort, JJ.; Bon Corb铆n, J. (2013). Optimization of the antioxidant capacity of thyme (Thymus vulgaris L.) extracts: Management of the drying process. Industrial Crops and Products. 46:258-263. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.02.002S2582634
An ultrasound-enhanced system for microbial inactivation using supercritical carbon dioxide
[EN] The effect of ultrasound on the SC-CO2 inactivation kinetics of E. coli at different pressures (100, 225, 290 and 350 bar; 36 degrees C), temperatures (31 degrees C, 36 degrees C and 41 degrees C; 225 bar) and varying the composition of the medium (LB Broth, apple and orange juice) was studied. Using only SC-CO2 the inactivation rate in LB Broth increased progressively as the pressure or temperature rose and the average (for the different process conditions) time needed to achieve a reduction of 8 log-cycles was 50 min. When both SC-CO2 and ultrasound were used in LB Broth, 95% less time was needed, on average, to achieve the same reduction of 8 log-cycles and the effect of pressure and temperature was minimized; this reduction being achieved after only 2 min at 31 degrees C and 225 bar. Using the ultrasonic system led to a shorter process time regardless of the treatment medium, preventing the inhibitory effect that the solutes from the juices had on the SC-CO2 inactivation. The technology developed permits both a drastic decrease in SC-CO2 inactivation times and also the use of mild process conditions, which could lead to an increase in the quality of the product treated under this new technique.
Industrial Relevance: Supercritical carbon dioxide (SC-CO2) inactivation technology represents a promising nonthermal processing method, although a too long treatment time is required to guarantee food safety. A patented inactivation technique based on Supercritical Fluids incorporating an ultrasonic transducer is presented. A drastic decrease of the inactivation time is found when high power ultrasound is applied to the SC-CO2 inactivation process coupled with the food industry's need for short process times. The inactivation process is improved regardless of the pressure, temperature or treatment medium. Therefore, mild process conditions (time, pressure, temperature) can be used, which result in a higher quality treated product. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.The authors acknowledge the financial support from the project CSD2007-00016 (CONSOLIDER-INGENIO 2010) funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation and from the project PROMETEO/2010/062 financed by the Generalitat Valenciana. We thank Dr. Paula Alepuz for the generous gift of E. coli DH1 strain.Ortu帽o Cases, C.; Martinez Pastor, MT.; Mulet Pons, A.; Benedito Fort, JJ. (2012). An ultrasound-enhanced system for microbial inactivation using supercritical carbon dioxide. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 15:31-37. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2012.02.006S31371
Acoustically assisted supercritical CO2 extraction of cocoa butter: Effects on kinetics and quality
[EN] The effect of high power ultrasound (US) application and pressure on the supercritical fluid extraction (SFE) kinetics of cocoa butter and on characteristics of the extracted cocoa butter (fatty acids composition, transition temperatures, polyphenol content and antioxidant activity) has been evaluated. Extraction experiments were carried out at 40 degrees C and at two pressure levels of 400 bar and 550 bar, without and with US application of 50 +/- 5 W, the extraction yield being significantly improved as the pressure increased and the ultrasound was applied. A Weibull model allowed the accurate simulation of the extraction curves, considering a constant shape factor alpha which was affected only by the US application, whilst the rate constant beta was affected by both pressure and US application. In general, for all cocoa butter samples, the transition temperatures observed corresponded to the polymorph alpha, T-c = 9.9 +/- 0.3 degrees C and T-m = 20.2 +/- 0.4 degrees C. With regard to the fatty acid composition, the stearic (37.8 +/- 0.8%), oleic (33.7 +/- 0.2%), and palmitic (26.0 +/- 0.6%) were the major acids, and none were found to be influenced by either pressure or ultrasound application. Similarly, the total polyphenol content and antioxidant activity were not affected by extraction conditions. The microstructure of cocoa beans after processing was affected by pressure and also by ultrasound application which promoted a breaking of the cell arrangement, facilitating the butter extraction. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.The authors would like to acknowledge the Spanish Government (MICINN), and European Regional Development Fund (FEDER), the European Social Fund (FSE) and the Govern de les Illes Balears for their financial support (DPI2009-14549-C04-02, DPI2012-37466-C03-02, AGL 2012-34627, Project 57/2011).Rodr铆guez, 脫.; Ortu帽o Cases, C.; Simal Florindo, S.; Benedito Fort, JJ.; Femenia, A.; Rosell贸 Matas, C. (2014). Acoustically assisted supercritical CO2 extraction of cocoa butter: Effects on kinetics and quality. Journal of Supercritical Fluids. 94:30-37. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2014.06.017S30379
Application of high power ultrasound in the supercritical carbon dioxide inactivation of Saccharomyces cerevisiae
[EN] The objective of the study was to analyze the influence of high power ultrasound (HPU) on the supercritical carbon dioxide (SC-CO2) inactivation kinetics of Saccharomyces cerevisiae and to determine the effect of the temperature (31-41 degrees C), pressure (100-350 bar) and composition of the medium (YPD Broth, apple and orange juice) on the process of inactivation. Using a batch-mode SC-CO2 at 350 bar and 36 degrees C, a reduction of 6.7 log-cycles was obtained after 140 min of treatment. However, when HPU (40 W +/- 5 W and 30 kHz) was applied during the SC-CO2 treatments, a reduction of 7 log-cycles was achieved after 2 mm of treatment for all pressures and temperatures applied. The effect of increasing pressure (from 100 to 350 bar, 36 degrees C) or temperature (from 31 to 41 degrees C, 225 bar) did not significantly influence this inactivation level. The application of ultrasound leads to a vigorous agitation and cavitation which could accelerate the SC-CO2 dissolving in the medium. This accelerates the penetration of CO2 into cells and its inactivation mechanisms. In batch operations the application of HPU increases the speed of reaching saturation solubility of CO2 in many liquid media and significantly reduces microbial inactivation times. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.The authors acknowledge the financial support from project CSD2007-00016 (CONSOLIDER-INGENIO 2010) funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation and from the PROMETEO/2010/062 project financed by the Generalitat Valenciana. We thank Dr. Emilia Matallana for the generous gift of S. cerevisiae Lalvin T73 strain.Ortu帽o Cases, C.; Martinez Pastor, MT.; Mulet Pons, A.; Benedito Fort, JJ. (2013). Application of high power ultrasound in the supercritical carbon dioxide inactivation of Saccharomyces cerevisiae. Food Research International. 51(2):474-481. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2013.01.041S47448151
Supercritical carbon dioxide inactivation of Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae in different growth stages
[EN] The aim of this work was to investigate the influence of the culture growth stage on the inactivation kinetics of Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae using supercritical carbon dioxide (SC-CO2)and to find models that can describe and predict the inactivation behavior of these microorganisms considering the growth stage as one of the model parameters. Cultures of E. coli and S. cerevisiae were grown to four different growth stages: early exponential phase, intermediate exponential phase, late exponential phase and early stationary phase and then treated with SC-CO2 at 350 bar and 35 degrees C. The inactivation kinetics of S. cerevisiae and E. coli showed that the SC-CO2 resistance increased progressively as the growth phase advanced. For both microorganisms, the length of the lag phase increased progressively as the growth phase advanced, not appearing at all in the earliest growth stages. For S. cerevisiae, an equation based on the Gompertz Function satisfactorily described (R-avg.(2) = 0.96; RMSEavg. = 0.48) the inactivation kinetics of this microorganism for the four growth stages selected. Similarly, a single equation that included the dependence on the growth stage was obtained for E. coli, based on the Weibull Function (R-avg.(2) = 0.96; RMSEavg.. = 0.53). The results reveal that the inactivation kinetics using SC-CO2 are greatly influenced by the growth stage and the application of the developed models could be used to find the optimal process conditions according to the cell's growth stage. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.The authors acknowledge the financial support from the project CSD2007-00016 (CONSOLIDER-INGENIO 2010) funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation and from the project PROMETEO/2010/062 financed by Generalitat Valenciana. We thank Dr. Emilia Matallana and Dr. Paula Alepuz for the generous gift of S. cerevisiae T73 and E. coli DH1 strains, respectively.Ortu帽o Cases, C.; Martinez Pastor, MT.; Mulet Pons, A.; Benedito Fort, JJ. (2012). Supercritical carbon dioxide inactivation of Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae in different growth stages. Journal of Supercritical Fluids. 63:8-15. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2011.12.022S8156