¿Qué es la tecnología de campo eléctrico pulsado?

El campo eléctrico pulsado de alta intensidad (PEF) es un campo emergente de investigación en alimentos en el mundo en los últimos años. Es un método de procesamiento en el que se colocan alimentos líquidos en un recipiente como electrolito y dos electrodos de descarga aislados del recipiente generan pulsos eléctricos a través de una corriente de alto voltaje. El procesamiento del PEF se realiza a temperatura ambiente, lo que minimiza la pérdida de energía debido al calentamiento de los alimentos. En cuanto a los atributos de calidad de los alimentos, la tecnología PEF es muy superior a los métodos tradicionales de procesamiento térmico de alimentos porque reduce en gran medida los cambios dañinos en las propiedades sensoriales y físicas de los alimentos. Ahora ampliamente utilizada en la esterilización de alimentos y la inactivación de enzimas, es una de las tecnologías de procesamiento más prometedoras para aplicaciones industriales en la última década. Con el diseño y fabricación de dispositivos, poco a poco se van desarrollando investigaciones en este campo.

Teorías existentes sobre la tecnología de campo eléctrico pulsado de alto voltaje

El principio de esterilización del campo eléctrico pulsado de alto voltaje es generar un campo eléctrico pulsado de alto voltaje instantáneo entre dos electrodos para esterilizar. alimento. Su proceso básico consiste en utilizar alta presión instantánea para procesar alimentos enfriados criogénicamente colocados entre dos polos. Después de 40 años de discusión sobre el mecanismo de esterilización de los campos eléctricos pulsados ​​de alto voltaje, se han formado los siguientes puntos de vista representativos:

① Teoría del "efecto de perforación de la membrana celular": cuando un campo eléctrico externo actúa sobre las células, Las membranas celulares de los microorganismos alimentarios se inducen a generar un potencial transmembrana. Cuando el potencial de toda la membrana alcanza el valor límite (aproximadamente 1 V), la membrana se rompe, lo que hace que la estructura de la membrana entre en un estado desordenado, formando poros y mejorando la permeabilidad. Por tanto, la permeabilidad de las células puede aumentar dependiendo de la intensidad del campo eléctrico externo.

② Teoría del producto electrolítico: cuando se aplica un campo eléctrico a la punta del electrodo, el electrolito en el medio cerca del electrodo se ioniza para producir aniones. Los aniones son extremadamente activos bajo la acción de un campo eléctrico fuerte. y atraviesa la membrana celular con mayor permeabilidad bajo la acción del campo eléctrico, se combina con sustancias activas celulares como proteínas y ácidos ribonucleicos para desnaturalizarlas.

③Teoría del efecto del ozono: bajo la acción de un campo eléctrico, el medio líquido se electroliza para producir ozono, que puede matar eficazmente las bacterias en bajas concentraciones.

La industria alimentaria siempre ha utilizado el tratamiento térmico para la esterilización, pero tiene un gran impacto en el color, aroma, sabor y contenido nutricional de los alimentos. Sin embargo, los nuevos métodos de tratamiento no térmico, como la adición de conservantes, la esterilización por irradiación, el tratamiento físico, la refrigeración, etc., tienen sus limitaciones. Los campos eléctricos pulsados ​​(o descargas) pueden matar eficazmente las bacterias en los líquidos. Se deben resolver tres cuestiones en las aplicaciones prácticas: ① si causa nueva contaminación; ② si tiene ventajas económicas obvias sobre los métodos tradicionales (3) lograr escala; Los campos eléctricos pulsados ​​fuertes, especialmente las ondas de choque fuertes generadas por descargas de pulsos de alto voltaje, así como los efectos combinados de la luz ultravioleta, la corriente fuerte y el ozono, son más efectivos para matar microorganismos que la corriente continua y el voltaje ca de baja frecuencia, y tienen mayores tasas de utilización de energía. La pérdida por electrólisis, los productos químicos de la electrólisis, la descomposición de los componentes de los alimentos por ondas de choque y rayos ultravioleta pueden introducir nueva contaminación en los alimentos, por lo que la esterilización por arco de descarga continua no es adecuada para la industria de procesamiento de alimentos. En general, se cree que los campos eléctricos pulsados ​​(PEF) de alto voltaje con una duración corta (1 ~ 100 μs) pueden minimizar factores adversos como la electrólisis y la descomposición. potencia/alcance>? Las pruebas de resonancia magnética nuclear (EPR) mostraron que no se encontró ningún aumento, producción e introducción de nuevos radicales libres en las muestras tratadas.

En comparación con el tratamiento térmico y el tratamiento con radiación, la esterilización por campo eléctrico pulsado tiene ventajas económicas obvias. Cuando la energía de entrada es la misma, al comparar la eficiencia de procesamiento de pulsos de onda cuadrada, pulsos de caída exponencial, pulsos de caída de oscilación y pulsos en forma de campana, los pulsos de onda cuadrada son los mejores y los pulsos de caída de oscilación son los peores. Cuando la energía de cada pulso es 252,2 J, la eficiencia energética del pulso de onda cuadrada puede alcanzar el 91%, mientras que la eficiencia energética del pulso de caída exponencial es solo del 64%. Los pulsos de onda cuadrada bipolar son superiores a los pulsos unipolares y son una fuente de energía ideal.

El campo eléctrico para una esterilización efectiva es generalmente ≥20 kV/cm. El valor instantáneo del voltaje de salida del dispositivo de alto voltaje es limitado, por lo que la separación del electrodo es generalmente de unos pocos mm. también limita el área del electrodo, por lo que el volumen de la cámara de tratamiento de descarga.

Hasta el momento, la investigación aún se encuentra en la etapa experimental y se ha estudiado el impacto de los campos eléctricos pulsados ​​sobre la actividad física, química, microbiana, enzimática y Las propiedades nutricionales de los alimentos necesitan más estudios.