BIBLIOTECA HORTICULTURA

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Aplicación de plasmas no térmicos a presión atmosférica para la desinfección de frutas y hortalizas poscosecha

Aplicación de plasmas no térmicos a presión atmosférica  para la desinfección de frutas y hortalizas poscosecha

Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica

La seguridad alimentaria es el objetivo principal de los fabricantes de alimentos y bebidas. Las prácticas de limpieza y desinfección aplicadas al entorno del manejo son vitales para mantener las condiciones sanitarias; sin embargo, los enfoques actuales pueden generar tiempo y costos para evitar que los microorganismos se desarrollen y se establezcan, de manera efectiva. Por ese motivo, los fabricantes buscan métodos de desinfección no térmicos, en línea y continuos para controlar los niveles microbianos durante el procesamiento. Una de estas técnicas emergentes, con un gran potencial, es el plasma frío a presión atmosférica.

El plasma atmosférico no térmico es una tecnología de vanguardia que ha ganado mucha atención durante la última década en el sector de procesamiento de alimentos como una tecnología prometedora para la conservación de frutas, hortalizas y semillas, y el mantenimiento de la seguridad alimentaria gracias a su eficacia en la inactivación microbiana, incluidos organismos patógenos, hongos de deterioro y esporas, con un impacto mínimo en los atributos de su calidad y con recursos de diseño simple, facilidad de uso, operación rentable, tiempos de tratamiento cortos, ausencia de efectos tóxicos y reducción significativa del consumo de agua.

Los plasmas están constituidos por gases ionizados con una alta proporción de partículas cargadas libres como iones y electrones, y también, por partículas neutras, por radicales libres, átomos y moléculas en estado o no de excitación y fotones ultravioleta, estando presentes especies reactivas de oxígeno (ROS) y de nitrógeno (RNS), tales como ozono, superóxido, peróxido de hidrógeno, radicales hidroxilo y peroxilo, nitritos y nitratos, con una demostrada capacidad para inactivar microorganismos al provocar daños importantes en las membrana y pared celular, así como en el ADN y en las proteínas.

El plasma atmosférico no térmico se genera por excitación de gases tras la aplicación de suficiente energía, mediante descargas eléctricas a presión atmosférica y temperatura ambiente.

La característica básica de estas diversas tecnologías es que producen plasma en el que la mayor parte de la energía eléctrica se destina principalmente a la producción de electrones energéticos, en lugar de calentar toda la corriente de gas. Ofrece una alta selectividad y eficiencia de las reacciones plasma-químicas; es capaz de operar de manera efectiva a bajas temperaturas, en contacto con materiales frágiles y delicados y no requiere ningún enfriamiento rápido.

La aplicación de una descarga de plasma a un medio líquido, como el agua, conduce a la presencia de estas especies químicas reactivas en la propia agua, generándose así la denominada agua activada por plasma (PAW, Plasma-Activated Water). Son numerosos los estudios en los que se ha demostrado que el PAW resulta muy eficaz en la inactivación de variadas formas de microorganismos en diferentes productos vegetales.

El PAW presenta una composición química y propiedades físico-químicas diferentes a las del agua. El tratamiento del agua con plasma, además de inducir la presencia de ROS y de RNS, crea un ambiente ácido y provoca cambios en el potencial de óxido-reducción y conductividad.

Las especies químicas reactivas neutras con una larga vida generadas en el plasma, como el ozono, el oxígeno atómico, el peróxido de hidrógeno y los óxidos de nitrógeno, a diferencia de las especies cargadas con una vida corta, tendrían la capacidad no sólo de difundir a través de líquido sino también de interaccionar posteriormente entre sí o con el agua, dando lugar a la formación de nuevas especies reactivas.

Por ejemplo, la coexistencia de ozono y peróxido de hidrógeno en agua da lugar a especies altamente reactivas, como radicales hidroperóxido e hidroxilo. El oxígeno atómico al reaccionar con el agua puede generar radicales hidroxilo y oxígeno singlete (una especie electrónicamente excitada del oxígeno molecular).

Por otra parte, la interacción de óxido nítrico y superóxido produce peroxinitrito, compuesto muy reactivo que puede difundir fácilmente a través de las membranas celulares La presencia de estas especies reactivas ha sido detectada utilizando diversas técnicas analíticas.

Además, las especies reactivas presentes en el PAW modifican las propiedades físico-químicas del agua. En este sentido, se ha comprobado en repetidas ocasiones que el tratamiento de agua induce aumentos tanto en su conductividad eléctrica como en su potencial de óxido-reducción y que el pH del agua tratada por plasma se reducía gradualmente con el tiempo de tratamiento hasta valores próximos a 3,0.

Un sistema de tratamiento de agua a base de plasma tiene muchas ventajas en comparación con los métodos de tratamiento de agua químicos o mecánicos, como la necesidad de mantenimiento mínimo, una potencia operativa baja y una pérdida de presión mínima a través del dispositivo. Por lo tanto, un tratamiento de agua basado en plasma es ventajoso en la implementación de un sistema de tratamiento de agua en el punto de uso, así como en un tratamiento de agua industrial de grandes dimensiones. El agua activada por plasma atmosférico no térmico es una de las alternativas que está siendo investigada en la actualidad, considerándose, además, como muy prometedora.

El plasma no térmico se implementa en la industria alimentaria para la descontaminación de productos agrícolas crudos tales como manzanas, lechugas, almendras, mangos, melones, superficies de huevo, carne cocida y queso. También es adecuado para procesos en los que no se recomiendan altas temperaturas, como por ejemplo semillas destinadas a plantíos. Además, pueden esterilizarse las superficies de materiales de embalaje.

En la actualidad, el cloro, en forma de hipoclorito sódico, es el desinfectante más ampliamente utilizado en la industria de frutas y hortalizas frescas. Se emplea a unas concentraciones de 50- 200 ppm con un tiempo de contacto de 1-2 minutos. Aunque es un método de bajo coste, fácil de preparar, aplicar y monitorizar, resulta, muy corrosivo, irritante para el manipulador y nocivo para el medio ambiente ya que en contacto con materia orgánica lleva a la formación de cloraminas y otros derivados de riesgo para la salud por su potencial mutagénico y cancerígeno, lo que ha conducido a que su uso esté prohibido en algunos países de Europa. Por ello, se requieren otras alternativas que resulten efectivas y no perjudiciales al medio ambiente y a los humanos.
 

Fuentes
Katsigiannis, A. S.; Bayliss, D. L.; Walsh, J. L. (2022). Cold plasma for the disinfection of industrial food-contact surfaces: An overview of current status and opportunities. COMPREHENSIVE REVIEWS IN FOOD SCIENCE AND FOOD SAFETY

Fridman, A.; Gutsol, A.; Cho, Y. I. (2007). Non-Thermal Atmospheric Pressure Plasma. Advances in Heat Transfer, 40, 1-142. 

Nishime, T. M. C.; Borges, A. C.; Koga-Ito, C. Y.; Machida, M.; Hein, L. R. O.; Kostov, K. G. (2017). Non-thermal atmospheric pressure plasma jet applied to inactivation of different microorganisms. Surface & Coatings Technology 312, 19-24.