Diseño de un equipo para tratamiento por pulsos eléctricos de alta intensidad y su influencia en la extracción de pigmentos desde pulpa de tomate

Abstract

El objetivo de esta investigación fue diseñar, calcular y fabricar un equipo de pulsos eléctricos de alta intensidad a escala de laboratorio para ser utilizado en tratamientos de alimentos fluidos. El equipo resultante permite tratar “batchs” de 50ml de muestra fluida a intensidades de campo entre 1-15 kV/cm mediante pulsos de decaimiento exponencial, siendo posible regular los periodos entre descargas. La operación del equipo permite seleccionar el tipo de descarga, entre pulsos monopolares y bipolares y la simetría entre tiempos de descarga en el caso de pulsos bipolares. El equipo se utilizó para pretratamiento en la extracción de pigmentos carotenoides provenientes de pulpa de tomate fresca (Lycopersicum esculentum, variedad ‘limachino’) a intensidades de campo de 5 Kv/cm con pulsos bipolares cada 5 s, evaluar los rendimientos de extracción de los pigmentos y observar a nivel celular los cambios producidos por el tratamiento de los diferentes niveles de pulsos eléctricos aplicados. Se obtuvo como resultado del tratamiento de pulsos eléctricos de alta intensidad sobre la pulpa de tomate un aumento notorio del rendimiento acorde se aumenta el número de pulsos, con incrementos en la concentración de pigmentos carotenoides en el extracto orgánico de 14±2%, 40±4%, 60±6% para 400, 800 y 1600 pulsos de pretratamiento expresados como aumento porcentual en los ‘peaks’ de absorbancia UV-Vis entre 350-500 nm para carotenoides. Mediante microscopia óptica se observaron efectos de debilitación progresiva de la membrana celular y de formación de aglomerados celulares compactos los cuales en conjunto facilitaron la ruptura celular irreversible por compresión de membranas debilitadas y esta observación podría ser una explicación a la mejora en rendimiento porcentual cercana a los 800 pulsos eléctricos de pretratamiento aplicado.

The aim of this research was to design and manufacture a high intensity pulsed electric field (HIPEF) equipment capable of treating small fluid food samples at laboratory scale. The resulting equipment can treat 50 ml batch samples at field strengths between 1-15 kV / cm with exponential decay pulses, with the ability to adjust discharge parameters such as intensity, polarity, period and symmetry of the discharged pulses. The HIPEF technique was used as a pretreatment aiding the extraction of carotenoid pigments from fresh tomato pulp (Lycopersicum esculentum, 'limachino' variety) at field strengths of 5 kV / cm using bipolar pulses every 5 s, evaluating the extraction yields via UV/VIS absorbance and cellular deterioration at different amount of electrical pulses applied. As result it was found that using HIPEF as pretreatment in solvent carotenoid extraction increased yields proportional to the number of pulses applied, with increments of dissolved pigments in organic extract of 14 ± 2%, 40 ± 4%, 60 ± 6% for 400, 800 and 1600 pulses applied expressed as percentual increase in UV-Vis absorbance peaks for carotenoids between 350-500 nm. Progressive cell membrane deterioration and internal rearrangement was observed over optical microscopy according the increased ammount of pulses, highlighting the formation of cell agglomerates on treatments with the higher applied number of pulses (800-1600) which could explain the higher energy efficciency of the extraction near the 800 pulses margin, by compressing weakened cell membranes untill breakdown at the center of the agglomerates.