Aplicación de ultrasonidos de potencia para la mejora de procesos de inactivación con fluidos supercríticos

La industria alimentaria, en respuesta a la demanda por parte de los consumidores de alimentos naturales, frescos y libres de conservantes químicos, ha desarrollado tecnologías de conservación no térmicas. El CO2 supercrítico (SC-CO2 ), representa una tecnología no térmica de inactivación prometedora, ya que está encaminada a producir el mínimo impacto sobre las propiedades nutricionales y organolépticas de los alimentos. Sin embargo, en algunos casos se requieren condiciones de presión o temperatura elevadas, así 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 más cortos o de menor intensidad, en el presente trabajo se ha desarrollado una combinación del SC-CO2 con ultrasonidos de potencia (HPU) y de SC-CO2 con altas presiones hidrostáticas (HHP), para ser empleadas en procesos de inactivación microbiana y enzimática. El objetivo principal de la presente Tesis fue evaluar tecnologías no térmicas de conservación basadas en la combinación de SC-CO2 y HPU, y en la combinación de SC-CO2 y HHP. Respecto a la combinación de SC-CO2 con HPU, se estudio la influencia del estado de crecimiento de las células, de las condiciones del proceso, de la naturaleza del medio y del uso o no de HPU, sobre las cinéticas de inactivación de microorganismos (Escherichia coli (E. coli) y Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae)) y enzimas (pectin-metil-esterasa (PME)). Se emplearon modelos matematicos y técnicas de microscopia para describir las cinéticas y los mecanismos de inactivación, respectivamente. En cuanto a la combinación de SC-CO2 y HHP, se evaluó el efecto de la adición 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 estudió la influencia del estado de crecimiento de las células de E. coli y S. cerevisiae inoculadas en medio de cultivo, LB e YPD Broth, respectivamente, sobre sus cinéticas de inactivación con SC-CO2 (350 bar, 35 ºC). Cultivos individuales de E. coli y S. cerevisiae se incubaron hasta que las células 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 ºC. Se comparó el proceso combinado de SC-CO2+HPU con el tratamiento de SC-CO2 para evaluar el efecto de los HPU sobre las cinéticas de inactivación con SC-CO2 de E. coli y S. cerevisiae en la fase temprana estacionaria, inoculados ambos microorganismos en medios de cultivo, y se determinó el efecto de diferentes temperaturas (31-41 ºC, 225 bar) y presiones (100-350 bar, 36 ºC). Con el objetivo de conocer los mecanismos de inactivación asociados a esta tecnología combinada (SC-CO2+HPU) se realizó un estudio morfológico. Se estudiaron las diferencias entre células de E. coli y S. cerevisiae no tratadas, tratadas con SC-CO2 (350 bar, 36 ºC, 5 min) y con SC-CO2+HPU (350 bar, 36 ºC, 5 min, 40 W) usando microscopía óptica (LM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM). Se seleccionó el zumo de manzana y de naranja para estudiar la inactivación de ambos microorganismos con SC-CO2+HPU en matrices reales; además, se estudió la inactivación de la enzima pectin-metil-esterasa (PME) del zumo de naranja. Las experiencias se llevaron a cabo a diferentes temperaturas (31-41 ºC, 225 bar) y presiones (100-350 bar, 36 ºC). Las condiciones de temperatura y presión seleccionadas superan el punto crítico 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 comúnmente empleados como indicadores de contaminación en alimentos. Se investigó la combinación de los SC-CO2 con HHP para determinar el efecto de diferentes niveles de CO2 (solo HHP (HHP); carbonatación y HHP (HHPcarb); carbonatación + adición de 8.5 ml de CO2 / g puré 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 puré de feijoa contenido en una bolsa de plástico, a diferentes presiones (300, 450 y 600 MPa, durante 5 min). Los resultados mostraron que la resistencia de ambos microorganismos a los tratamientos de inactivación con SC-CO2 aumentó progresivamente conforme la fase de crecimiento avanzó, lo cual podría deberse a la activación de sistemas de protección naturales que desarrollan los microorganismos conforme se acercan a la fase estacionaria de crecimiento. Las cinéticas de inactivación 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 parámetros de dichos modelos. Empleando SC-CO2 , la velocidad de inactivación de ambos microorganismos aumentó progresivamente con la presión y la temperatura. El tiempo necesario para alcanzar una inactivación completa de E. coli (8 ciclos-log) se redujo de 60 a 25 min al aumentar la presión de 100 a 350 bar (36 ºC), y de 75 a 40 min al aumentar la temperatura de 31 a 41 ºC (225 bar). La inactivación completa de S. cerevisiae (7 ciclos-log) se alcanzó únicamente tras 140 min de proceso a 350 bar y 36 ºC. En general, presiones y temperaturas más elevadas mejoran la solubilización del SC-CO2 en el medio e incrementan la fluidez de la membrana celular, respectivamente, facilitando el contacto y la penetración del CO2 , lo que favorece el descenso del pH intracelular y la extracción de componentes vitales para la célula. Sin embargo, al aplicar HPU en los tratamientos de SC-CO2 en medios de cultivo, se observó una drástica inactivación microbiana, alcanzándose una reducción total (107 -108 ciclos-log) tras solo 1-2 min de tratamiento. Aplicando SC-CO2+HPU no se observó un efecto significativo en el nivel de inactivación al aumentar la presión o la temperatura debido a que los HPU generan una vigorosa agitación que acelera los mecanismos de inactivación asociados a los SC-CO2 y enmascara el efecto de estas variables del proceso. Además, la cavitación generada por los HPU podría dañar la pared celular de los microorganismos, acelerando su inactivación. El estudio de la existencia de un posible efecto sinérgico entre ambas tecnologías reveló que la combinación de SC-CO2 y HPU tuvo un mayor efecto en la inactivación que la adición de los efectos individuales de ambas. Para E. coli, se alcanzó una reducción 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 alcanzó una reducción de 6.83 ciclos-log tras 2 min de tratamiento con SC-CO2+HPU, mientras que tras el mismo periodo de tiempo con sólo SC-CO2 o HPU no se observó ninguna reducción en el número de microorganismos. En todos los tratamientos llevados a cabo, la levadura S. cerevisiae mostró mayor resistencia a los tratamientos con SC-CO2 que la bacteria E. coli, lo cual podría 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 agitación vigorosa y la cavitación del medio enmascaró las diferentes resistencias mostradas por ambos microorganismos en los tratamientos con SC-CO2 . Las imágenes de LM y TEM mostraron que tras 5 min de tratamiento con SC-CO2 se produjo una distribución irregular del contenido citoplasmático y aparecieron pequeñas modificaciones en la envoltura celular, no siendo ninguno de estos cambios letales para las células de E. coli ni de S. cerevisiae. Además, 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 apreció rotura de la pared celular, mientras que la pared de las células de E. coli aparecieron con un alto grado de disolución, pérdida de cohesividad, protuberancias y algunas áreas desintegradas. Sin embargo, 5 min de tratamiento con SC-CO2+HPU fueron suficientes para alcanzar una inactivación completa de ambos microorganismos. Las imágenes de LM y TEM revelaron mayor proporción de regiones vacías dentro de las células tratadas con SC-CO2+HPU, lo que indicó una clara reducción del contenido citoplasmático. La envoltura de las células de E. coli se desintegró totalmente, mientras que las paredes de las células de S. cerevisiae perdieron parcialmente su estructura laminada y se pudieron observar algunas paredes rotas. Por tanto, los mecanismos de inactivación asociados a los SC-CO2+HPU podrían estar relacionados con el fenómeno de cavitación generado por los HPU, el cual daña bruscamente la envoltura celular incrementando tanto la ruptura de la membrana celular como la desintegración del contenido intracelular. Los daños generados por el tratamiento de SC-CO2+HPU fueron tan severos que evitaron una posible recuperación de las células durante un almacenamiento posterior al tratamiento (6 semanas a 4 ºC). En promedio, la inactivación de ambos microorganismos con SC-CO2+HPU en zumo de manzana (5.3 min) fue más lenta que en zumo de naranja (4.6 min); y en ambos zumos más lenta que en medios de cultivo (1.5 min). Esto podría estar relacionado con el contenido de azúcar del medio y la solubilización del CO2 en el mismo. El azúcar 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 ºBrix) que en zumo de naranja (11.6 ºBrix); y menor en ambos zumos que en LB (2 ºBrix) o YPD (5 ºBrix) Broth. Además, empleando SC-CO2+HPU, la velocidad de inactivación de ambos microorganismos inoculados en zumos aumentó con la presión y la temperatura. Esto podría estar relacionado con la composición de los zumos, los cuales no se saturan rápidamente de CO2 en los tratamientos con SC-CO2+HPU como sí ocurre en las experiencias llevadas a cabo sobre medios de cultivo, de manera que un incremento de presión o temperatura puede facilitar la solubilización 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 mostró mayor resistencia que S. cerevisiae. En promedio, para alcanzar una completa inactivación de E. coli y S. cerevisiae se necesitó un tiempo de tratamiento de 6.6 y 3.3 min, respectivamente. En zumos, la vigorosa solubilización del CO2 generada por los HPU podría estar dificultada por un mayor contenido de azúcar, por tanto los mecanismos de inactivación podrían estar gobernados principalmente por el fenómeno de cavitación y el tamaño de los microorganismos. El tamaño de las células de S. cerevisiae es mucho mayor que el de las de E. coli, por tanto, la probabilidad de que las burbujas de cavitación afecten a la estructura celular será mayor para S. cerevisiae que para E. coli. Por otro lado, la inactivación de la enzima PME mediante SC-CO2+HPU aumentó con la presión y la temperatura, aunque su inactivación completa no se alcanzó en ninguna de las condiciones estudiadas. La inactivación de enzimas tratadas mediante SC-CO2 se debe a la bajada de pH, al efecto inhibitorio del CO2 sobre la actividad enzimática y a los cambios estructurales generados por el SC-CO2 . La enzima PME mostró mayor resistencia a los tratamientos con SC-CO2+HPU que los microorganismos E. coli o S. cerevisiae en zumo de naranja (se alcanzó una reducción del 18.9 %, 62.4 % y 88.1 %, a 36 ºC y 225 bar tras 2 min de tratamiento, respectivamente), lo que puede atribuirse a la diferente naturaleza y tamaño 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 cinéticas de inactivación de E. coli y S. cerevisiae con SC-CO2+HPU en zumo de manzana, respectivamente, incluyendo la presión y la temperatura como parámetros de dichos modelos. El modelo Bifásico (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 cinéticas de inactivación de E. coli, S. cerevisiae y PME con SC-CO2+HPU en zumo de naranja, respectivamente, incluyendo como parámetros de dichos modelos la presión y la temperatura. Los resultados revelaron que la actividad residual de las enzimas PME, POD y PPO descendió conforme aumentó la presión, ya que la presión 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 inactivación de las tres enzimas, comparado con las muestras tratadas con HHPcarb o HHP, en cualquier condición de presión seleccionada. Esto podría deberse a una mayor cantidad de CO2 disuelto, que provocaría una mayor caída de pH y la consecuente desnaturalización de las enzimas. Además, el CO2 disuelto en el puré durante el tratamiento de HHP, podría generar un repentino y significativo burbujeo durante la despresurización, que podría contribuir a generar mayores cambios estructurales responsables de la inactivación enzimática. Finalmente, se puede concluir que la combinación de SC-CO2 con HPU o HHP mejoró los mecanismos de inactivación de microorganismos y enzimas. La aplicación de HPU agiliza los tratamientos con SC-CO2 , acelerando la solubilización del CO2 en el medio, que es el primer paso en los tratamientos con SC-CO2 ; y generando el fenómeno de cavitación que daña las paredes celulares, facilitando tanto la penetración del SC-CO2 a las células como la extracción de componentes intracelulares, lo que acelera la muerte de las células microbianas. Además, la combinación de SC-CO2 con HHP aceleró la inactivación de enzimas en comparación con HHP. Empleando estas tecnologías combinadas, se pueden utilizar tiempos de proceso razonables para la industria alimentaria, así como condiciones de tratamiento suaves, lo que resultaría en una reducción del coste del proceso y en una minimización del impacto sobre las propiedades nutricionales y organolépticas de los productos tratados. Se recomienda llevar a cabo mas investigaciones para conocer detalladamente los mecanismos de inactivación de microorganismos y enzimas con SC-CO2+HPU y SC-CO2+HHP. Tambien sería interesante conocer el efecto de estas tecnologías no térmicas combinadas sobre las propiedades físico-químicas de los alimentos tratados y sobre la aceptación de los mismos por parte del consumidor.Ortuño Cases, C. (2014). Aplicación de ultrasonidos de potencia para la mejora de procesos de inactivación con fluidos supercríticos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. 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.Ortuño 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 °C) and temperatures (31 41 °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 °C, 5 min) and SC-CO2+HPU (350 bar, 36 °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.Ortuño Cases, C.; Quiles Chuliá, 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.Ortuño 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 aplicación 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 éstos en el secado de la misma. Dicho secado es necesario para conservar el alimento y debe realizarse alterando mínimamente las propiedades del producto, que posteriormente será sometido a otros procesos de los que se pretende obtener un óptimo beneficio. Además durante la etapa de secado se busca minimizar el consumo energético.Ortuño Cases, C. (2008). Estudio de la influencia de la aplicación 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.Rodríguez Cortina, J.; Ortuño Cases, C.; Benedito Fort, JJ.; Bon Corbín, 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.Ortuño 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).Rodríguez, Ó.; Ortuño Cases, C.; Simal Florindo, S.; Benedito Fort, JJ.; Femenia, A.; Roselló 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.Ortuño 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.Ortuño 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