revisión del uso de la luz ultravioleta como alternativa

Revisión del uso de la luz ultravioleta como alternativa agroindustrial y ambiental al uso de agua clorada

Nidia Johana Valdés Holguín

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería y Administración

Palmira, Colombia

2018

Revisión del uso de la luz ultravioleta como alternativa agroindustrial y ambiental al uso de agua clorada

Nidia Johana Valdés Holguín

Trabajo Final de Maestría, en la modalidad de Trabajo Monográfico como, requisito

parcial para optar al título de:

Magister en Ingeniería Ambiental

Director (a):

Ph.D Saúl Dussán Sarria

Codirector (a):

Ph.D Luis Octavio González Salcedo

Línea de Investigación:

Desinfección de frutas y hortalizas

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería y Administración

Palmira, Colombia

2018

Esta monografía, se la dedico, en primer lugar,

a Dios, el cual ha sido mi compañero espiritual, mi

guía, el que me da las fuerzas necesarias para luchar

día tras día y seguir adelante sobre toda barrera;

permitiéndome culminar mis proyectos.

A mi bebe, Josué David Moncayo Valdés, por

acompañarme desde mi vientre en este proceso,

dándome fuerza y felicidad para no desfallecer, a

pesar de los malestares y poder así seguir adelante

con mi proyecto.

A mi madre, Nidia Holguín Bejarano, por su

apoyado incondicional, por sus valores, consejos, la

motivación que siempre me da de salir adelante sobre

todo obstáculo, pero, sobre todo, por su gran amor.

A mi tía, Esperanza Holguín Bejarano, a quien

quiero como a una madre, por su gran apoyo,

consejos, por estar siempre a mi lado cuando más lo

necesito.

A mi tío, Heriberto Holguín Bejarano, por su

gran ayuda y ejemplo de superación.

A los familiares y amigos, que contribuyeron

de una u otra manera para que este sueño se hiciera

realidad.

Agradecimientos

Doy mis sinceros agradecimientos a los Doctores Saúl Dussán Sarria y Luis Octavio

González Salcedo, quienes dirigieron mi trabajo de grado, por su valiosa dirección y apoyo,

por su paciencia, colaboración en cada momento de consulta y soporte en este trabajo.

Dios retribuya su gran aporte y estímulo, los bendiga y proteja en unión con su familia.

A los evaluadores, el Doctor José Igor Hleap Z. y M. Sc Julián Alfredo López Tenorio,

quienes han corregido minuciosamente la monografía y me han dado la oportunidad de

mejorar el documento. Tengo que agradecerles sus comentarios, direcciones y

sugerencias con las que he podido elaborar un trabajo estructurado.

A los docentes de la Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira, que nos brindan lo

mejor de sí y nos comparten sus conocimientos y experiencias las cuales nos dan los

elementos necesarios para crecer como seres humanos y como profesionales.

A la Universidad Nacional de Colombia sede Palmira, que nos abre sus puertas como

estudiantes y nos brinda toda su logística, información y talento humano para que nos

formemos como profesionales.

Resumen y Abstract IX

Resumen

Los microorganismos patógenos, son unos de los principales causantes de pérdida y

deterioro de frutas y hortalizas, pues afectan la corteza del producto e invade los tejidos,

haciendo que se descomponga o se dañe rápidamente. El cloro es el desinfectante más

económico y empleado industrialmente para desinfectar alimentos, sin embargo, este

puede generar compuestos potencialmente cancerígenos, tras su reacción con la materia

orgánica, implicando también afectaciones negativas para el medio ambiente. En

consecuencia, la industria agroalimentaria, ha tenido como reto, la implementación de

nuevas tecnologías de higienización y conservación, que permitan ofrecer a los

consumidores, alimentos con mayor calidad. Es este el principal motivo, por el que se

están desarrollando diferentes técnicas alternativas al empleo del cloro, que sean

amigables con el medio ambiente, además que sea un germicida capaz de eliminar

agentes patogénicos; por ello, la luz ultravioleta se ha manejado en diferentes alimentos,

como una técnica de desinfección que no deja residuos en el producto; por lo tanto, se

considera una buena alternativa para la preservación de frutas y hortalizas. La luz

ultravioleta (en adelante UV), a una longitud de onda de 190 a 280 nm, tiene el poder de

eliminar cualquier microorganismo, tales como bacterias y hongos. Dado lo anterior, a

través de esta monografía, se tiene el propósito de revisar bibliográficamente, estudios e

investigaciones, que demuestren o describan los efectos benéficos que conlleva la

utilización de la luz UV, para el medio ambiente y la agroindustria de frutas y hortalizas.

Palabras Claves: Tecnología emergente, desinfección, frutas, hortalizas, luz

ultravioleta, cloro.

X Revisión del uso de la luz ultravioleta como alternativa agroindustrial y

ambiental al uso de agua clorada

Abstract

The Pathogenic microorganisms are one of the main causes of loss and deterioration of

fruits and vegetables, as they affect the product's crust and invade the tissues, causing it

to decompose or be damaged quickly. Chlorine is the most economic disinfectant and

industrially used to disinfect food, however, it can generate potentially carcinogenic

compounds, after its reaction with organic matter, also involving negative effects on the

environment. Consequently, the agro-food industry has had as a challenge, the

implementation of new technologies of sanitation and conservation, which allow consumers

to offer higher quality food. This is the main reason why different alternative techniques to

the use of chlorine are being developed, that are friendly to the environment, and that it is

a germicide capable of eliminating pathogenic agents; therefore, ultraviolet light has been

handled in different foods, as a disinfection technique that leaves no residue in the product;

therefore, it is considered a good alternative for the preservation of fruits and vegetables.

Ultraviolet light (hereafter UV), at a wavelength of 190 to 280 nm, has the power to eliminate

any microorganism, such as bacteria and fungi. Given the above, through this monograph,

it is intended to review bibliographically, studies and research, which demonstrate or

describe the beneficial effects that the use of UV light entails, for the environment and the

agroindustry of fruits and vegetables.

Key words: Emerging technology, disinfection, fruits, vegetables, ultraviolet light,

chlorine.

Contenido XI

Contenido

Pág.

Resumen ........................................................................................................................ IX

Abstract........................................................................................................................... X

Lista de figuras ............................................................................................................ XIII

Lista de cuadros .......................................................................................................... XIV

Introducción .................................................................................................................... 1

1. Problema de investigación y justificación .............................................................. 5 1.1 Descripción del problema ................................................................................... 5 1.2 Formulación de la pregunta problema ................................................................ 6 1.3 Justificación ........................................................................................................ 6

2. Antecedentes ............................................................................................................ 9

3. Objetivos ................................................................................................................. 15 3.1 Objetivo general ............................................................................................... 15 3.2 Objetivos específicos ....................................................................................... 15

4. Referentes conceptuales ....................................................................................... 17 4.1 La luz ultravioleta ............................................................................................. 17

4.1.1 Historia de la Luz ultravioleta (UV) ................................................................. 17 4.1.2 Aplicación de la luz UV .................................................................................. 18 4.1.3 Dosis de luz UV ............................................................................................. 20 4.1.4 Cinética de cloración ..................................................................................... 22

4.2 Generalidades del Cloro ................................................................................... 22 4.2.1 Historia del cloro ............................................................................................ 22 4.2.2 Métodos de desinfección alternativos al cloro ................................................ 23 Métodos de Desinfección Biológicos ........................................................................ 23 Métodos de Desinfección Físicos. ............................................................................ 25 Métodos de desinfección químicos ........................................................................... 30

4.3 Alimentos ......................................................................................................... 34 4.3.1 Alimentos mínimamente procesados ............................................................. 34

5. Desarrollo ............................................................................................................... 36

XII Revisión del uso de la luz ultravioleta como alternativa agroindustrial y ambiental

al uso de agua clorada

5.1 Conceptualización del uso del cloro y la luz ultravioleta como métodos de desinfección ................................................................................................................ 36

5.1.1 La luz UV como desinfectante ....................................................................... 36 5.1.2 Usos .............................................................................................................. 41 5.1.3 Equipos de desinfección de luz UV, utilizados en la industria de alimentos ... 42 También es importante hacer referencia al Módulo de desinfección UV, el cual ...... 45

5.2 Ventajas y desventajas del uso del cloro y la luz ultravioleta como desinfectantes. ............................................................................................................ 47

5.2.1 Aplicación de luz UV en la desinfección de frutas y hortalizas ....................... 47 5.2.2 Ejemplos de mejoras en la composición nutricional de algunos alimentos .... 54 Con el fin de demostrar las ventajas de la aplicación de la tecnología UV, a los alimentos mínimamente procesados, a continuación, se relacionan algunos estudios que demuestran sus resultados en .......................................................................... 54 5.2.3 Aplicación del cloro en la desinfección de frutas y hortalizas ......................... 58 Tipos de Cloro ......................................................................................................... 59 Factores relacionados con la eficiencia de desinfección del cloro. ........................... 61 Concentración y tiempo de contacto del cloro .......................................................... 63 Eficiencia del cloro en relación con las bacterias, virus entéricos y protozoo ........... 63 5.2.4 Comparación de la desinfección UV, frente la desinfección con cloro ........... 64

5.3 Importancia del uso de la luz UV, como alternativa tecnológica y ambientalmente correcta en la desinfección de frutas y hortalizas. ....................................................... 65

5.3.1 Efectos fisiológicos y de calidad de vegetales ............................................... 65 5.3.2 Cambios fisicoquímicos en frutas tratadas con UV ........................................ 67 5.3.3 Efectos benéficos para la agroindustria y para el medio ambiente ................ 68

6. Conclusiones y recomendaciones ....................................................................... 70 6.1 Conclusiones .................................................................................................... 70 6.2 Recomendaciones ............................................................................................ 71

Bibliografía .................................................................................................................... 73

Contenido XIII

Lista de figuras

Pág.

Figura 3-1: Modo de aplicar el cloro en el agua ................................................................ 9

Figura 5-1. Funcionamiento de la radiación UV .............................................................. 19

Figura 5-2: Daño fotoquímico producido por la radiación UV- en el ADN........................ 20

Figura 6-1: Espectro de energía radiante UV. ................................................................ 38

Figura 6-2: La cinética de inactivación de la desinfección por UV................................... 39

Figura 6-3: Diagrama de flujo del equipo UV con funda de cuarzo helicoidal. Adaptada de

Gang et al. (2011). ......................................................................................................... 43

Figura 6-4: Equipo UVC desarrollado por Cidersure. Adaptada de Cidersure (2012) ..... 44

Figura 6-5: Equipo UV de alimentos. .............................................................................. 44

Figura 6-6: Medidas del equipo de desinfección de superficie UV. ................................. 45

Figura 6-7: Medidas del Túnel UV. ................................................................................. 46

Figura 6-8: Efectos de la carambola mínimamente procesada tratada con UV. .............. 54

Figura 6-9. Berenjenas tratadas y no tratadas con UV ................................................... 55

Figura 6-10: Frutas tratadas con luz ultravioleta. ............................................................ 56

Figura 6-11. Tomate tratado con tecnología UV ............................................................. 66

Figura 6-12. Ventajas de la luz ultravioleta. .................................................................... 67

Figura 6-13: Gasto de agua en las agroindustrias .......................................................... 69

XI

V

Revisión del uso de la luz ultravioleta como alternativa agroindustrial y ambiental


Lista de cuadros

Pág.

Cuadro 4-1: Efectividad de la radiación (UV) para la desinfección de microorganismos . 21

Cuadro 4-2. Tipos de temperatura .................................................................................. 28

Cuadro 4-3: Tiempo y temperatura del Clostridium botulinum ......................................... 30

Cuadro 5-1: Dosis UV en MWs/cm2 necesaria para inactivar una población microbiana

por 1 Log (90%) y 2 Log (99%). ...................................................................................... 40

Cuadro 6-05-2: Equipos de desinfección de luz UV, utilizados en la industria de alimentos

....................................................................................................................................... 42

Cuadro 5-3: Costos de la luz ultravioleta (UV)................................................................ 47

Cuadro 5-4. Resultados de la Inactivación microbiana en frutas enteras tratadas con luz

UV ................................................................................................................................... 50

Cuadro 5-5: Inactivación microbiana en frutas cortadas tratadas con luz ultravioleta ...... 52

Cuadro 5-6: Ventajas y desventajas de la aplicación UV en alimentos líquidos .............. 58

Cuadro 5-7: Ventajas y desventajas de la luz ultravioleta y el cloro ................................ 64

Introducción

Las hortalizas y frutas poseen un valor nutricional importante pues, aportan, vitaminas,

antioxidantes, fibra dietaría, minerales y otras sustancias bioactivas. Asimismo,

proporcionan proteínas y carbohidratos. Estos generadores de salud y efectos

nutricionales reducen el peligro de cuantiosas enfermedades y optimizan el bienestar

humano. Por lo tanto, los consumidores se preocupan por la calidad de los alimentos que

se ofrecen en el mercado, se denota una tendencia en busca de productos saludables y

que no representen riesgos para la salud, y que además de esto ofrezcan una mayor

frescura a la hora del consumo (Millan, Romero, Brito, & Ramos, 2015).

Para Caballero (2012), el consumo de frutas y hortalizas ha aumentado por las ventajas

de una dieta sana, sin embargo, el consumo de estos productos comúnmente es visto

como un factor de riesgo potencial por los microorganismos patogénicos. Las rutas de

contaminación son: el uso de desechos orgánicos a la tierra agrícola como el fertilizante,

la contaminación de las aguas usadas para la irrigación con material fecal, contaminación

por la ganadería de animales salvajes y pájaros. Durante el proceso de almacenaje y

cosecha en el campo las hortalizas y las futas pueden ser infectadas y contaminadas.

Según Infoagro (2017), los microorganismos como los hongos y las bacterias son el origen

del deterioro de las hortalizas y frutas ya que pueden penetrar la piel, las hojas y los tallos

y ocasionar que se descomponga el producto. Las pérdidas de cosechas originadas por

microorganismos en países desarrollados son de 20% al 50%. Las bacterias más comunes

son el Erwinia y Pseudónimas. Varios hongos como el Sclerotinia y Olletotrichum afectan

los tejidos del fruto y esto ocasiona que se dañe la materia prima. Los cambios fisiológicos

de las frutas y hortalizas como la maduración, daños causados por magulladuras debido a

roces y acción de roedores e insectos ocasionan pérdidas para la agroindustria. En

consecuencia, la industria ha tenido como reto la implementación de nuevas tecnologías

de higienización y conservación que permiten ofrecer alimentos con una buena calidad,

2 Introducción

cuyas características iniciales se mantengan al máximo posible y que puedan ser

consumidos de manera directa como productos frescos (Soleno, 2015).

A pesar que el cloro es el desinfectante más económico y empleado industrialmente para

desinfectar alimentos. El uso del cloro como desinfectante se ha visto limitado por los

residuos que dejan en las frutas y hortalizas ya que, este químico genera una serie de

efectos negativos tales como: perdidas de firmeza, color y compuestos bioactivos con

cambios en la calidad sensorial y visual del producto (Rivera, Gardea, Martínez,

Domínguez, & Gonzales, 2007).

La investigación que realizo Organización Mundial de la Salud (2011), indica que el cloro

es dañino para el medio ambiente y para la salud de los seres humanos pues cuando están

expuestos a esta sustancia desarrolla un riesgo de obtener cáncer un 93%. El cloro libera

radicales libres que son cancerígenos y causa daño a las células y también se libera

tricloraminas cuando está en contacto con materiales orgánicos como el sudor o la orina.

Las tricloraminas destruyen las barreras celulares alrededor de los pulmones. Los niños

expuestos a grandes cantidades de cloro pueden padecer ataques de asma además irrita

y quema la piel, los ojos y la garganta. Por ello se están desarrollando diferentes técnicas

alternativas al empleo del cloro que sean amigables con el medio ambiente y que conserve

las frutas y hortalizas. A través de la revisión bibliográfica se busca mostrar los efectos

benéficos que proporciona la luz ultravioleta (UV) para el medio ambiente y la

agroindustria. Este método de desinfección reduce el uso de sustancias químicas, no altera

las propiedades sensoriales del producto, se realiza a bajas temperaturas, requiere de

menos espacio que otros métodos de desinfección y poco mantenimiento (Artés & Aguayo,

2009).

Dado lo anterior, para el desarrollo de esta monografía, se llevó a cabo una revisión

literaria, de estudios científicos y demás documentos provenientes de fuentes confiables,

relacionados con el tema de estudio. Para esto se hizo una búsqueda electrónica selectiva,

en diferentes revistas y bases de datos. Luego de esta búsqueda, los documentos fueron

clasificados de acuerdo a las unidades de análisis y al nivel de evidencia, con esto se

procede a establecer los principales temas a ampliar. Los criterios de inclusión,

correspondieron a artículos en español e inglés, principalmente de los últimos 10 años

(2008-2018), que tuviesen un nivel de evidencia científica I y II y III. Los documentos que

Introducción 3

no contaron con esos criterios se utilizaron únicamente en los casos que fuese

estrictamente necesarios para complementar alguna información.

Estructuralmente, esta monografía está compuesta por: el planteamiento del problema,

justificación, los antecedentes, los objetivos, referentes conceptuales, el desarrollo de la

monografía, en el cual se indican la historia de la luz ultravioleta (UV), definición,

características, uso, funcionamiento, los equipos de desinfección, costo de equipos,

aplicación de luz (UV) en la desinfección de frutas y hortalizas enteras, efectos fisiológicos,

efectos benéficos que genera la irradiación ultravioleta para la agroindustria y para el medio

ambiente, generalidades del cloro y métodos de desinfección alternativos al cloro; por

último, se muestran las conclusiones.

1. Problema de investigación y justificación

1.1 Descripción del problema

Todas las frutas y hortalizas son susceptibles de descomponerse rápido, debido a los

microorganismos que las contaminan, tales como: bacterias, parásitos, hongos, algas etc.

Esta descomposición de alimentos, ha generado una constante preocupación y ha sido

motivo de investigación para el ser humano, dada la necesidad de conservar estos

elementos, el mayor tiempo posible el fruto (Valle, 2010).

Se deduce que el medio ambiente es el conjunto de todas las cosas vivas que rodean al

ser vivo, de éste, se obtiene materias primas, comida, combustibles, agua y combustibles

los cuales se utilizan para la elaboración de las cosas que se utilizan diariamente. Por

tanto, al hacer un uso indebido o abusar de los recursos naturales que se obtienen del

medio ambiente, por el agotamiento de los recursos, tanto renovables, como no renovables

se pone en riesgo la existencia del planeta (Llangarí, 2013).

Es así como, las industrias, en el afán de encontrar un desinfectante efectivo y económico,

han utilizado el cloro como la opción más adecuada. Sin embargo, en los últimos años se

ha generalizado la recomendación de prescindir del uso del cloro y sus derivados; esto

debido al riesgo medioambiental asociado al vertido de aguas contaminadas, lo cual pone

en peligro la salud de los seres humanos, dada la formación de compuestos potencialmente

cancerígenos como los son los trihalometanos formados por la reacción de la materia

orgánica presente en el agua con el cloro (Gil, Selma, López, & Allende, 2009)

Es así como, diferentes investigaciones actuales, se han centrado en la búsqueda de

métodos de desinfección alternativos, que permitan garantizar la seguridad microbiológica

de los productos y evitar efectos adversos. En este sentido, la luz ultravioleta, es un método

de desinfección que tiene una gran capacidad antimicrobiana, en la medida que no altera la

6 Revisión del uso de la luz ultravioleta como alternativa agroindustrial y ambiental


calidad organoléptica, ni ocasiona pérdidas nutricionales, además es amigable con el

medio ambiente.

Aquí es pertinente afirmar que el cloro es un toxico que a todo lo que entra en contacto

con él lo va deteriorando; son dañinos algunos actúan con mayor rapidez que otros, pero

todos, a corto, mediano o largo plazo. Por tanto, a través de esta revisión bibliográfica, se

pretende demostrar que existen estudios e investigaciones, los cuales evidencian que el

cloro no es un desinfectante favorable para el medio ambiente. Sumado a esto, se busca

evidenciar que, para solucionar esta problemática ambiental, la luz ultravioleta es un

método de desinfección amigable con la naturaleza, dado que ésta técnica no utiliza

ninguna sustancia que altere al fruto, puesto que sólo se aplica luz, para desinfectar los

alimentos, a diferencia del cloro que cambia el sabor y el valor nutricional de los mismos.

1.2 Formulación de la pregunta problema

¿Cuáles son los beneficios que proporciona la desinfección a través de la luz ultravioleta,

para el medio ambiente y la agroindustria, frente a los efectos causados con el uso del

cloro?

1.3 Justificación

La presente monografía tiene como finalidad hacer una revisión bibliográfica de diferentes

documentos, que permitan determinar los efectos benéficos que generan la luz ultravioleta

(en adelante UV) al medio ambiente y a la agroindustria. Por tanto, la importancia de esta

investigación radica, en indicar qué impactos negativos genera el cloro como

desinfectante, para el medio ambiente y así mismo explicar otras técnicas alternativas de

desinfección, como lo es la luz UV.

Es importante traer a colación, que el Valle del Cauca es uno de los principales productores

de frutas, hortalizas y demás alimentos que hacen parte de la industria alimenticia en

Colombia. Según cifras de la Agencia de Promoción de Inversión en el Pacífico

Colombiano (2018), el departamento es el mayor productor de azúcar a nivel nacional y

líder en la producción de: uva, banano común, piña, cítricos, papaya, melón, guayaba,

pitahaya, maracuyá, aguacate, entre otras. Además, las tierras vallecaucanas son

Problema de investigación y justificación 7

destacadas por sus altos niveles de productividad, los cuales son superiores al del

promedio nacional en diferentes cultivos.

Es así como, en uno de los principales departamentos, productores de alimentos en

Colombia, es sumamente necesario que se tenga información verídica, proveniente de

fuentes confiables, la cual tenga como función, informar acerca de métodos que les

garanticen a estas industrias, mejorar sus procesos de producción y por supuesto, tener

los mejores resultados, sin atentar contra la salud, el bienestar de los seres humanos y el

medio ambiente.

Tal como se ha mencionado, el cloro es en efecto, ampliamente utilizado en la industria de

alimentos debido a su precio relativamente bajo, la facilidad para aplicar y al amplio

espectro de eficacia antimicrobiana; sin embargo, muchas de estas agroindustrias, aún no

conocen los alcances de este químico. Una de las situaciones que preocupa acerca del

uso del cloro, es el hecho de que, si no se controla adecuadamente la cantidad utilizada,

esta puede causar daños permanentes al medio ambiente, quemaduras a las células de

las plantas, incluso puede eliminar microorganismos que son benéficos para la naturaleza,

entre ellos se encuentran las bacterias nitrificantes y desnitrificantes, que son las que

ayudan a la fijación del nitrógeno en las plantas (Olmedo, 2008).

Esta problemática ha generado una preocupación mundial y es por ello que se han

desarrollado estrategias de desinfección alternativa para minimizar los impactos

ambientales. Entre ellos está la luz UV, la cual no representa un riesgo para la salud y el

medio ambiente, la salud y la seguridad de los consumidores y trabajadores. Esto, teniendo

en cuenta, tal como lo define Gómez (2010), la luz UV consiste en la emisión y la

propagación de energía, a través de lámparas que hacen una descarga eléctrica, mediante

un tubo de cristal que contiene vapor de mercurio. Suárez (2001), por su parte considera

que la radiación UV, es absorbida por los componentes celulares, pero en mayor cantidad,

por los ácidos nucleicos, donde causa el principal daño a los microorganismos; es así como

los cambios que se producen en los ácidos nucleicos llevan a mutaciones letales para las

células.

Por tanto, penetra la materia en un vidrio delgado la luz ultravioleta, que filtra radiación

permitiendo que los microorganismos que son expuestos a la luz UV, puedan ser



destruidos; por tanto, esta contribuye a reducir las poblaciones microbianas que se

encuentran en el aire, también es utilizada para desinfectar frutas, hortalizas, carnes,

quesos, pan y por supuesto, en el tratamiento del agua.

Dado lo anterior, la principal motivación para esta revisión literaria, tiene que ver con el

hecho de que el ser humano, es el responsable de proteger la naturaleza, por lo que es

importante la creación de métodos que contribuyan a la conservación y desinfección de los

alimentos, de una manera amigable con el ambiente; esta alternativa es precisamente la

luz UV.

2. Antecedentes

Al revisar los antecedentes relacionados con el tema de estudio, es pertinente, en primer

lugar, hacer referencia al cloro, respecto al cual, Pérez (1988), afirma que, para desinfectar

el agua residual, es necesario conocer la cantidad de cloro, la temperatura del agua y el

sistema de distribución de la misma. Esto, teniendo en cuenta que la cantidad de cloro que

es aplicada, cuando supera la dosis real para eliminar microorganismos, afectan la calidad

del agua. Por tanto, está práctica se debe mantener entre 0,2 y 0,3 ppm después de 10

minutos de contacto. El cloro es aplicado en un tanque que recibe el agua filtrada, que

puede ser el mismo tanque de distribución que sostiene el agua durante 10 a 20 minutos,

lo que permite al cloro ejercer su poder de desinfección, tal como lo muestra la Figura 3-1.

Figura 2-1: Modo de aplicar el cloro en el agua

Fuente: Pérez (1988)



Luego, en un estudio realizado por López (2012), se encuentra que el cloro es usado como

un desinfectante de manera comprimida, dado que es un gas dependiente a las presiones

altas de vapor, condensando al líquido con la liberación de calor y reduciendo el volumen

específico por 450 veces.

Según López (2012), la finalidad de la desinfección, es la destrucción de microorganismos

patógenos, en los cuales se pueden encontrar bacterias, virus y quistes amebianos etc.

Así mismo, para el autor “las cargas comerciales de cloro, están hechas en tanques

presurizadadores, para reducir el volumen del transporte. Esta concentración de

hipoclorito, se expresa como cloro disponible, determinando la equivalente cantidad

electroquímica de C12 para ese compuesto” (p.162).

También se muestra un ejemplo en la siguiente ecuación:

“Una mol de hipoclorito puede reaccionar con dos electrones para formar cloro: OCl- +

2e- + 2H+→ Cl- + H2O. Der este modo, una mol de hipoclorito, es electroquímicamente

equivalente a una molécula de cloro elemental, contiene 70,91 gramos de cloro

disponible, una molécula de cloro es capaz de reaccionar con dos electrones para

formar cloro: C12 + 2e- → 2C1-. El NaOCL y Ca (OCL)2 tienen como peso molecular

74,5gr y 143 gr, las preparaciones puras de los dos compuestos contienen el 95,8% y

el 99,2% de cloro disponible del peso, por lo tanto, ambos son muy efectivos para la

desinfección. El hipoclorito de calcio (Ca(OCl)2) y el hipoclorito de sodio (NaOCl),

contienen una mol y dos moles de hipoclorito por mol de químico; por consiguiente, se

obtiene como resultado 141,8 gr y 70,91 gr de cloro disponible por mol, por lo tanto,

ambos son muy efectivos para la desinfección” (López A. , 2012, pág. 165).

A continuación, se presentan algunas fórmulas, expuestas por López (2012), las cuales

ayudan a comprender la manera como el cloro absorbe el agua, conllevando a dos

reacciones: la hidrólisis e ionización. La hidrólisis tiene la siguiente formula:

𝐶𝑙2 + 𝐻2𝑂 → 𝐻𝑂𝐶𝑙 + 𝐻+ + 𝐶𝑙− (1)

La constante de Henry KH para esta reacción es:

Antecedentes 11

𝐾 �̀�3̇𝐻𝑂𝐶𝑙 8́3̇ 𝐻�́� 8́3̇𝐶𝑙 �́�8́

3̇𝐶𝑙28́= 4.5′10�́�4 a 25 °C (2)

Debido a la elevada solubilidad es posible que en la disolución del cloro con el agua se

produzca la ionización de la siguiente manera:

𝐻𝑂𝐶𝑙 𝐻+ 𝑂𝐶𝑙− (3)

La constante de la reacción de Ionización es:

𝐾𝑖 𝑇 = 3𝐻𝐺83𝐻𝐺 𝑂𝐶𝑙8

3𝐻𝑂𝐶𝑙8 𝑇 2,9′10𝐻8

𝑎 25°𝐶 (4)

Una ampliación de la formula anteriormente expuesta, la expone Cevallos (2014), donde

se explica que:

“el ácido hipocloroso es la denominación que se le otorga al ácido que resulta de la

unión del óxido ácido de cloro con H2O”. Recibe tal nombre debido a que el cloro actúa

con el estado de oxidación +1, que es el menor de los cuatro positivos que posee: +1,

+3, +5 y +7”.

A continuación, se describe la fórmula química es la siguiente: HClO, obtenida por los

siguientes pasos:

Formación del ácido:

Formulación: Cl2O + H2O →

Formación del ácido: Cl2O + H2O → H2Cl2O2

Como la atomicidad es igual se simplifica (H2Cl2O2) y se obtiene por resultado: HClO

Cruce de valencias o estado de oxidación:

Cl2+O2 → Cl+12 O-21

El 1 que tiene el oxígeno no es necesario escribirlo, quedando: Cl2O.

Resultado: Cl2O

Formación del óxido ácido:

Formulación: Cl2+O2 → Cl+1 O-2



En una investigación realizada por Todolí (2015), se afirma que el cloro ha sido

frecuentemente utilizado para la desinfección de alimentos; sin embargo, en los últimos

cincos años, científicos, investigadores y boletines de empresas, han afirmado que esta

sustancia puede afectar el valor nutricional de la frutas y hortalizas, incluso la salud de las

personas; también es evidente la afectación al medio ambiente, como consecuencia de los

residuos orgánicos que produce.

En segundo lugar, se presentan algunos antecedentes, relacionados con los efectos

positivos que tiene la utilización de la luz UV, entre ellos, según una investigación realizada

por Ainia (2010), se encuentra que esta es capaz de reducir hasta el 40% la posibilidad de

que el producto llegue con signos de descomposición al cliente. La luz UV, es además

considerada como una tecnología que se aplica a diferentes procesos de producción,

permitiendo la conservación de las propiedades originales de los alimentos (Universidad

de Alicante, 2003). Sumado a esto, se descubrió que, con el uso de la luz ultravioleta, se

aumenta la vitamina C de las berenjenas y tomates, por lo cual Gubin (2012), considera,

que la principal ventaja que tiene la luz UV, consiste en que es amigable con el medio

ambiente, dado que no emplea productos químicos, a diferencia del cloro, que cuando está

en materia orgánica, genera una serie de compuestos que, a largo plazo, es perjudicial

para los seres humanos y para la naturaleza.

López (2012), por su parte, señala que la radiación ultravioleta, se ha convertido en un

elemento desinfectante físico y no químico, esta es absorbida por materiales celulares,

como el ADN y penetra en la pared celular de los microorganismos. Ministerio de Ambiente,

Vivienda y Desarrollo Territorial (2012), indica que la Agencia de Protección del Medio

Ambiente (EPA), es la entidad encargada de verificar la cantidad de cloro en las aguas

residuales, para que estas no causen daño a la flora y a la fauna, puesto que, como se ha

indicado anteriormente, un exceso de cloro puede provocar daños al medio ambiente, tales

como, quemaduras a las células de los animales y plantas, llegando incluso a matar

microorganismos que no son malos o causantes de enfermedades.

En investigaciones más recientes, se encuentra a Pérez (2015), quien afirma que, en la

última década, se ha notado un creciente interés en la aplicación de radiación UV, para

desinfectar, pues se ha comprobado que la luz UV, cuenta con propiedades germicidas,

Antecedentes 13

las cuales no contribuyen a compuestos tóxicos. Así mismo, Osram (2016), señala que la

luz UV, es un mecanismo efectivo para purificar el agua, evitando al mismo tiempo, la

contaminación de ríos, mares y lagunas; lo cual arroja como resultado, el hecho de que no

se extinga la vida marina. Finalmente, para Trojanuv (2016), a diferencia de los métodos

químicos, la luz UV, proporciona una inactivación rápida y eficiente para eliminar

microorganismos como bacterias, virus y protozoos.

También se encontró un estudio realizado por Suárez & Piñeros (2010), donde se logró el

ensamble y evaluación de una máquina de radiación UV, para desinfección de alimentos.

Su diseño fue apropiado para el tratamiento de lechuga batavia. Los resultados obtenidos

sirven de base para proponer el diseño de equipos que puedan funcionar de forma

continua. Se observó que la radiación afecta los parámetros nutricionales de la lechuga

batavia; la radiación ocasionó un aumento en la síntesis de compuestos fenólicos y en la

actividad antioxidante en las lechugas tratadas, el cual fue mayor con el máximo número

de lámparas y el tiempo de exposición. El tratamiento con luz UV- C, en la poscosecha de

la lechuga Batavia cultivada en la sabana de Bogotá, disminuye la población de mesófilos,

hongos y levaduras nativos, por lo que constituyen una alternativa en el proceso de

desinfección en la poscosecha, que puede seguir siendo evaluada.

3. Objetivos

3.1 Objetivo general

Revisar bibliográficamente estudios e investigaciones que demuestren o describan qué

efectos benéficos tiene la luz ultravioleta (UV) para el medio ambiente y la agroindustria de

frutas y hortalizas.

3.2 Objetivos específicos

Conceptualizar el uso del cloro y la luz ultravioleta como métodos de desinfección.

Describir las ventajas y desventajas que tiene el uso del cloro y la luz ultravioleta como

desinfectantes.

Mostrar la importancia del uso de la luz UV, como alternativa tecnológica y

ambientalmente correcta en la desinfección de frutas y hortalizas.

4. Referentes conceptuales

4.1 La luz ultravioleta

4.1.1 Historia de la Luz ultravioleta (UV)

En 1800 el astrónomo alemán Freidrich William Herscel, experimentando con varios

colores de luz, creados al pasar la luz del sol por medio de un prisma de vidrio, evidencio

que la temperatura de los colores, comenzaba a aumentar hacia el extremo rojo del

espectro. Al observar esto, decidió medir la temperatura más allá del extremo rojo del

espectro y se dio de cuenta que la temperatura aumentaba más; fue así como Herscel

descubrió la luz invisible y la llamó ultra-roja (Reed, 2010).

Luego, ya en 1801, Johann Wilhelm Ritter, escuchó el descubrimiento que hizo Herscel y

comenzó a cuestionarse, si la luz existía más allá del extremo violeta del espectro. Ritter

llevó a cabo experimentos con PETver-chloride, un material sensible a la luz, lo expuso a

colores del espectro visible mediante un prisma de vidrio. El cloruro de PETver, reaccionó

más rápido hacia el extremo violeta del espectro. Ritter comprobó la existencia de una

forma de luz más allá del extremo violeta del espectro, que lo llamo rayos químicos y años

más tarde recibió el nombre de luz ultravioleta, lo cual significa “más allá” (Koutchma,

Forney, & Moraru, 2009).

Tomó mucho tiempo para optimizar medidas de energía y lámparas que permitiera a una

escala industrial la aplicación de este método. En 1982 Marshall Ward descubrió que la luz

UV, tiene un poder germicida; fue así como se comenzó usar la luz ultravioleta para la

desinfección del agua y para proveer agua potable a los barcos. Sin embargo, la

popularidad del cloro y sus derivados, asociados a su bajo costo de aplicación, hicieron

que se retardara la producción de equipos (UV). La luz ultravioleta (UV) era utilizada para



atender a las necesidades de deficiencias de vitamina D causadas por las malas dietas

durante los años de guerra en Europa. Los directores de Mansfield, Sherwood Colliery,

Inglaterra, instalaron un corredor de luz ultravioleta por el que los mineros transitaban

después de tomar una ducha y antes de vestirse; esto con el fin de proveerles luz solar

artificial a aquellas personas que trabajaban en minas subterráneas, como medio de

superar las deficiencias vitamínicas (Díaz, Medina, & Garces, 2010).

La radiación (UV) en algunas industrias, tales como cultivos de jaibas, las granjas de

peces, o para la limpieza de mariscos, era el único método disponible para afirmar que el

agua no tuviera organismos perjudiciales. Esta tecnología no logró una profunda

aprobación sino hasta los años 1970, ya que los primeros sistemas de luz ultravioleta

carecían de monitores útiles, tenían costos altos y era difícil de eliminar el ensuciamiento

óptico (Díaz, Medina, & Garces, 2010).

4.1.2 Aplicación de la luz UV

Fernández & Hierro (2015), indican que, mediante lámparas de gases inertes, que emite

una acumulación de energía en un condensador que contiene gas xenón, al ionizarse

produce un destello intenso. Este procedimiento depende de las características del equipo,

pues hay lámparas que tienen la capacidad de emitir destello, entre 5 a 10 J, incluso hasta

600 J. La intensidad es definida por el parámetro de fluencia y la energía que recibe, por

unidad de superficie o volumen. Es así como, un emisor de la lámpara de cuarzo se

encarga de proveer la descarga inicial e incrementa la energía eléctrica y la presión interna

del gas, esto genera la excitación de electrones, que se desplaza por medio de diferentes

líneas de longitud de onda producidas por la luz ultravioleta (Ver Figura 5-1).

Referentes conceptuales 19

Figura 4-1. Funcionamiento de la radiación UV

Fuente: Fernández & Hierro (2015)

Por tanto, cuando los microorganismos son expuestos a la radiación UV, a 253,7 nm el

ácido desoxirribonucleico de las células absorbe los fotones UV y rompe las cadenas de

aminoácidos de proteínas, causando una destrucción metabólica, afectando el mecanismo

reproductivo y logrando así, la inactivación de enfermedades y de crecimiento

microbiológico. En otras palabras, provoca una reacción fotoquímica irreversible, la cual

inactiva y destruye las células que genera microorganismos patógenos, tal como lo

muestra la Figura 5-2.



Figura 4-2: Daño fotoquímico producido por la radiación UV- en el ADN.

Fuente: Fernández & Hierro (2015)

4.1.3 Dosis de luz UV

Según López (2012), esta ecuación puede cambiar, dependiendo de la intensidad y el

tiempo de exposición (Ver Cuadro 5-1). La dosis de luz ultravioleta se deduce de la

siguiente forma:


Dosis UV = It

Donde dosis UV= en mj/cm2 (m W*s/ cm2)

t= tiempo de exposición de microorganismos

I= intensidad de UV, en mW/cm2

Cuadro 4-1: Efectividad de la radiación (UV) para la desinfección de microorganismos

Fuente: López (2012).

La dosis de luz UV, es el producto de la intensidad a la que está expuesta una población

microbiana; el tiempo de exposición se puede calcular, dividiendo el volumen de un reactor

(UV) por el caudal. La intensidad UV, se mide generalmente en milivatios por centímetro

cuadrado (mW/m2) o vatios por metro cuadrado (W/m2) y el tiempo en segundos (s). La

resultante de las unidades de dosis de UV son mW. s/cm2 o W.s/m2, que son equivalentes

a millijoules por centímetro cuadrado (mJ/cm2) y julios por metro cuadrado (J/m2).

Sin embargo, la dosis de la luz UV, proporcionada por un reactor no se puede calcular

simplemente multiplicando la intensidad por tiempo de exposición, ya que todos los

reactores tienen una distribución de dosis diferente. En la dosis para un sistema UV, se

debe tener en cuenta el tipo de microorganismo y el tiempo de exposición; en cuanto a la

eficiencia de la desinfección de un sistema de luz UV, depende de la salida de la lámpara,

las propiedades de absorción del cuarzo y el impacto de la suciedad de la manga. Las



pruebas de envejecimiento de la lámpara son llevadas a cabo para evaluar la vida útil. La

eficiencia de desinfección de un sistema (UV) puede verse afectado por los depósitos que

se acumulan en las mangas de la lámpara. Además, puede producirse suciedad en los

manguitos del sensor UV, lo que da como resultado una intensidad de luz ultravioleta baja

(Rivera, et al. 2007).

4.1.4 Cinética de cloración

La capacidad de un reactivo para destruir patógenos, está relacionada con la

concentración del desinfectante y el tiempo de contacto con el microorganismo. La tasa de

muerte de los microorganismos, depende de factores tales como la penetración de la pared

celular, pues cada especie de microorganismo tiene una sensibilidad diferente. Para

desinfectantes como el cloro, el tiempo de contacto suele ser el factor más importante para

asegurar la destrucción de microorganismos patógenos (Pepper, Gerba, & Gentry, 2015).

4.2 Generalidades del Cloro

4.2.1 Historia del cloro

El cloro fue descubierto en 1774 por Carl Wilhelm Scheele, a partir de ahí, es uno de los

desinfectantes más utilizados en la industria de alimentos. El cloro es un elemento químico

que se encuentra en la tabla periódica dentro del grupo de los halógenos, tiene un olor que

para muchas personas podría considerarse irritante (Scholz, 2016)

El cloro penetra rápidamente en las células microbianas y posteriormente mata a los

microorganismos correspondientes, a través de lisis celular. Sin embargo, la efectividad

del cloro está muy influenciado por las características físicas y químicas (Scholz, 2016). El

cloro reacciona rápidamente con cualquier agente reductor en el agua. Esto reduce cloro

a cloruro, que no es un desinfectante. El cloro residual es bajo, y no habrá propiedades

desinfectantes para una pequeña dosis de cloro. La adición de más cloro conduce a la

oxidación completa, produce un aumento aproximadamente proporcional del cloro residual

combinado. Incluso más adición de cloro produce tricloramina, nitrógeno, nitroso óxido y


otros productos que no son desinfectantes. Por lo tanto, la adición de cloro, reduce el cloro

disponible y, por tanto, la capacidad de la solución para destruir patógenos.

Al agregar más cloro, estas reacciones se completan y el amoníaco está absolutamente

oxidado. Cualquier adición posterior de cloro, permanece como HOCl, que actuará como

un residuo de cloro fuerte, si el pH es adecuado. Este punto, a menudo se denomina

cloración de punto de interrupción y es comúnmente llevado a cabo, más allá del punto de

interrupción, para asegurar el cloro libre residual (Scholz, 2016).

4.2.2 Métodos de desinfección alternativos al cloro

El uso de cloro como desinfectante en la industria de alimentos, ha sido identificado como

una preocupación, principalmente debido a los problemas ambientales. De hecho, este

producto químico, comúnmente utilizado como ácido hipocloroso e hipoclorito, ya ha sido

prohibido en algunos países europeos, debido a la producción potencial de subproductos

tóxicos, como el cloroformo y otros trihalometanos, cloraminas y ácidos haloacéticos. Por

tanto, la búsqueda de métodos alternativos de desinfección es un desafío actual y continuo

en la agroindustria. Estos métodos o técnicas de desinfección se clasifican comúnmente

en biológicos, físicos y químicos (García J. , 2015). A continuación, se da una breve

explicación de cada una de estas técnicas.

Métodos de Desinfección Biológicos

Según Meireles, Giaouris & Simões (2016), los métodos de desinfección biológicos se

caracterizan por ser menos contaminantes con el medio ambiente, inofensivos y con costo

elevado.

Las bacteriocinas. La agroindustria ha buscado desarrollar nuevas alternativas de

desinfección que conserve los alimentos como es el caso de las bacteriocinas, que son

péptidos de origen proteínico, que, a bajas concentraciones, presentan inhibición

microbiológica. Estas son utilizadas como conservadores biológicos puros, que podrían

reemplazar a los conservadores sintéticos. La mayoría de las bacteriocinas son efectivas

contra microorganismos patógenos, las cuales son transmitidas por alimentos tales como:



Clostridium botulinum, Enterococcus faecalis, Listeria monocytogenes, Staphylococcus

aureus, Salmonella, Escherichia coli y algunas especies de Bacillus (Beristain, Palou, &

López, 2012).

Las bacteriocinas tienen un espectro antimicrobiano, siendo activas a bajas

concentraciones (menores a 10 ppm), frente a bacterias Gram-positivas patógenas. La

actividad se extiende a bacterias Gram-negativas sub-letalmente dañadas por los

tratamientos térmicos. Las bacterias Gram Positivas, son aquellas que no tienen

membrana externa, capaz de proteger el citoplasma bacteriano, además posee una capa

de peptidoglicano que presenta ácido teicoico en la superficie y se caracteriza por teñirse

de azul oscuro o violeta por la tinción. Las bacterias Gram Negativas están conformadas

por dos membranas lipídicas, una interna (citoplasmática) y otra externa (espacio

periplasmático) y dispone de una capa de una sustancia denominada peptidoglicano, la

cual es mucho más delgada; por lo tanto, no retiene el violeta cristal y las células se tiñen

con safranina y son rojas (Gaitán, 2013).

Los bacteriófagos. El uso de bacteriófagos como conservantes y agentes desinfectantes,

no es una aplicación reciente, y el interés en estos agentes ha aumentado a lo largo de los

años. Los bacteriófagos son virus que infectan bacterias que causan su lisis. Las

principales ventajas del uso de bacteriófagos, consiste en que elimina bacterias (Meireles

et al., 2016).

Una investigación realizada por (Meireles et al., 2016), revela que este tratamiento fue

realizado durante 60 minutos a temperatura ambiente y la reducción lograda fue de 3.9 y

2.2 log CFU / g para Typhimurium y Enteritidis, respectivamente. Aquí se observó una

reducción significativa de CFU. Estas evidencias sobre la eficacia de los bacteriófagos,

para controlar el deterioro y la patología de los microorganismos son prometedores; sin

embargo, se necesita más investigación para aumentar la acción antimicrobiana de los

bacteriófagos y para reducir el tiempo de contacto (Meireles et al., 2016).

Enzimas. Las enzimas pueden atacar directamente las biopelículas que interfieren con el

proceso de desarrollo, catalizar la formación de antimicrobianos, interferir con eventos de

detección de quórum, o incluso destruir una biopelícula madura. Estas se dirigen


principalmente a la matriz polimérica extracelular que rodea las células de biofilm e influye

en la forma de la estructura del biofilm y su resistencia a las fuerzas de corte. Por lo tanto,

las enzimas se pueden considerar como un método alternativo a los desinfectantes

químicos convencionales para eliminar las biopelículas del producto, hojas y superficies

abióticas. Sin embargo, el uso de enzimas puras no garantiza la eliminación completa de

la biopelícula (García, 2015).

Fitoquímicos. Las plantas tienen la capacidad de producir metabolitos secundarios

(fitoquímicos), con propiedades antimicrobianas contra varios microorganismos,

incluyendo patógenos. Estos metabolitos se dividen en diversas clases químicas, tales

como alcaloides, aceites esenciales, fenólicos, polifenoles, poliacetilenos, lectinas y

péptidos. Dada su gran variabilidad, el modo de la acción de los fitoquímicos es bastante

diversa. El efecto más común involucra el incremento de la porosidad de la membrana

celular que conduce a la filtración de compuestos intracelulares. Tales fitoquímicos

prometedores, son los aceites esenciales, que se usan principalmente como agentes

aromatizantes para productos alimenticios y en perfumería; sin embargo, también se usan

como agentes antimicrobianos en la industria alimentaria (Ospina & Ramírez, 2011).

Métodos de Desinfección Físicos.

Para Meireles et al., (2016) los métodos físicos, por no ser tóxicos y por ser seguros, son

caracterizados amigables con el ambiente, sin embargo, el costo del equipo es elevado.

Los métodos de desinfección físicos, corresponden principalmente a la irradiación

ionizante, los rayos gama, la filtración de membrana, el Steam jet-injection, los

ultrasonidos, la remoción, la aplicación de temperaturas y la desecación.

Irradiación ionizante. La irradiación ionizante, como rayos X, rayos gamma y electrones,

hacen átomos y moléculas cargados eléctricamente. El modo de acción de todas estas

formas de radiación ionizante es similar, actúan sobre las moléculas de agua, formando

radicales libres que destruyen o inhiben microorganismos. A pesar de que este método es

bastante eficaz, en el control del crecimiento microbiano, la Administración de Alimentos y

Medicamentos (FDA) solo aprueba el uso de un nivel máximo de 1,0 kGy para

descontaminar vegetales.



Este método físico, debería usarse mejor en combinación con un método químico, ya que

solo reduce la carga microbiana para facilitar una mayor desinfección química. Las

principales ventajas de la radiación ionizante, son los requisitos de energía muy baja y el

calentamiento reducido del alimento. Este método aún no ha sido adoptado en la industria

de productos frescos, principalmente porque: i) se necesita más investigación para

determinar las dosis necesarias para diferentes productos; ii) el consumidor todavía tiene

una fuerte percepción negativa de alimentos irradiados y iii) la calidad de los productos

frescos puede verse afectada, especialmente a alta dosis (Meireles et al., 2016).

Rayos gamma. Los rayos gamma son las radiaciones electromagnéticas, emitida por

ciertos isótopos como cobalto 60, con una pequeña longitud de onda. Esto los convierte

en radiaciones altas de energía, con un gran poder de penetración, mortal para los

microorganismos. Los rayos gamma son usados para esterilizar materiales de volumen

grande, tales como, productos de alimentación empacados. Aunque el empleo de rayos

gama sea muy atractivo por varias industrias, su uso es difícil, porque esto requiere las

fuentes grandes de radiación y un equipo diseñado para eliminar la posibilidad de daño a

operadores. Los rayos gamma actúan sobre sustancias esenciales para la vida,

principalmente sobre los ácidos nucleicos de células, causando su ionización, que conduce

a la muerte de estos. La mayor parte del poder de germicida es una consecuencia de la

ionización del agua, para dar a radicales libres con la gran oxidación o reduciendo el poder,

que destruye los microorganismos actuando sobre sus componentes celulares (Villegas &

Venegas, 2015).

Filtración de membrana. La separación de membrana se puede utilizar para tratar el agua

y evitar la contaminación cruzada del producto. Este procedimiento implica el flujo de agua

a través de una membrana semipermeable y la consecuente retención de los

contaminantes no deseados en la membrana. Nanofiltración (NF), Microfiltración (MF),

Ultrafiltración (UF) y ósmosis inversa (RO), son operaciones de unidades de membrana

que se pueden aplicar en los alimentos. MF es una filtración sin salida, donde la

alimentación fluye en forma vertical a la membrana y todos los sólidos quedan retenidos

en la membrana. En MF el tamaño de poro de la membrana está entre 0,05 y 10 μm el

corte de peso molecular es de 200 kDa y la presión utilizada está por debajo de 0,2 MPa.


Este proceso de membrana se aplica generalmente para la retención de microorganismos

(Totora, Funke, & Case, 2007).

Las membranas UF tienen una dimensión de poro de 0,001- 0,05 μm, un corte de peso

molecular entre 1 y 300 kDa y una presión de 0,2-0,5 MPa. UF se usa generalmente para

separar proteínas y otros altos compuestos orgánicos de peso molecular. Respecto a NF,

el tamaño de poro de la membrana es inferior a 2 nm , el corte de peso molecular está

entre 100 y 1000 Da y la presión es de 0,5-1,5 MPa. Normalmente NF se usa para

ablandamiento del agua y eliminación de sales. En RO la membrana tiene un tamaño de

poro de 0,6 nm con un corte de peso molecular de 100 Da y la presión utilizada es de entre

1,5 y 10 MPa. La principal desventaja de estos métodos, son los altos costos de inversión

asociados con la implementación de una unidad de separación de membrana. Además,

los costos (adquisición, energía y mantenimiento) de la tecnología de la membrana y la

vida útil limitada, debido a la alta presión de la gota, causada por biofilms, reduce su amplio

uso en la industria alimentaria (Casado, Durán, Miro, & Paredes, 2012).

Steam jet-injection. El Steam jet-injection es un tratamiento térmico que destruye

microorganismos e inactiva las enzimas que podrían ser responsables de producir

deterioro. La exposición al tiempo de calor suele ser breve (≈10 s). En consecuencia, el

deterioro de las propiedades organolépticas se reduce. Sin embargo, la exposición al calor

promueve la pérdida o reducción de la biodisponibilidad de algunos nutrientes (Gaitán,

2013).

Ultrasonidos. Los ultrasonidos (US) son ondas sónicas a gran amplitud, arriba del umbral

de audición humana (N20 kHz), las cuales forman burbujas de cavitación. Estas burbujas

colapsan, generando la energía responsable de la acción desinfectante, desprendimiento

y la energía química responsable de la formación de radicales libres, aumentando la

permeabilidad de las membranas celulares. Es por este colapso caliente, que se forman

manchas (altas temperaturas y presión); así mismo, radicales libres se liberan, causando

modificaciones en el ADN de las células. En la industria alimentaria, en Estados Unidos se

utilizan a bajas frecuencias, en el rango de 20-100 kHz, los cuales requieren la presencia

de un fluido para la transmisión (Meireles et al., 2016).



Remoción. La remoción es un método simple y útil de eliminar patógenos. Puede hacerse

por medio de filtración, centrifugación, lavado o simplemente quitando las partes dañadas

del producto. La filtración es el único método de remoción que elimina todos los

microorganismos, pero, su empleo obviamente está limitado para los líquidos. Para esto,

se usa filtros con poros pequeños, los cuales sirven para retener los microorganismos. En

la agroindustria se ha usado satisfactoriamente en zumos de fruta, vinos, cerveza y agua

(García, 2015).

Temperatura. El control de la temperatura es un punto clave en el control del crecimiento

microbiano, ya sea la refrigeración o el calentamiento del agua, se pueden aplicar para

controlar o reducir carga microbiana. Además, la temperatura del aire también puede

reducirse para retrasar la proliferación microbiana. Las bajas temperaturas pueden retrasar

el deterioro de los alimentos, pero también enmascarar el estado latente de los patógenos.

Para que un producto sea considerado fresco, las altas temperaturas utilizadas tienen un

definido umbral (≈40-60 ° C, 1-5 min). Las temperaturas pueden inducir daños en los tejidos

del producto favoreciendo la entrada microbiana y consecuente deterioro (Meireles et al.,

2016).

Cuadro 4-2. Tipos de temperatura

Calor húmedo. El vapor del agua saturado a presión

(Temperaturas superiores a 100 0C) Es como fuera una olla de presión en el que tiene temperaturas superiores a la ebullición del agua, este método es capaz de calentar y proveer suficiente humedad para coagular las proteínas microbianas (Murray, Rosenthal, & Pfaller, 2009).

El agua hirviendo

(Temperaturas cercanas a 100 ºC). Cuando el agua hierve se aplica a superficies, pero no garantiza que se esterilicen, dado que muchas esporas bacterianas requieren de muchas horas de temperatura para ser eliminadas (Bermúdez & Barbosa, 2013).

La pasteurización

(Temperaturas inferiores a 100 ºC). Es un método muy utilizado en la agroindustria para alargar la vida útil de los productos y eliminar microorganismos patógenos. Muchos alimentos se dañan por tener temperaturas altas esto ocasiona un cambio en el sabor e incluso se puede perder las cualidades nutritivas. Por lo que la pasteurización resulta ser una buena alterativa de desinfección sobre todo si se combinan con otros como la refrigeración (Romero, 2015).


Calor seco. Según Jover & García (2015)el calor seco actúa carbonizando los microrganismos por tener el aire poca conductividad requiere de tiempos prolongados y temperaturas elevadas. Los sistemas de aplicación de calor seco son: flameado, incineración y calor seco por aire caliente. El calor por aire tiene menos efecto sobre los gérmenes por lo tanto se requiere de más tiempo que el calor húmedo y se utilizan un horno pasteur que logra una esterilización entre una o dos horas a 180 ºC.

Factores que influyen en la resistencia al calor

Según (García J. , 2015), las células vegetativas y las esporas son microorganismos que tienen resistencia a altas temperaturas. Sin embargo, hay algunos factores que puede afectar la resistencia de los microorganismos al calor como es el caso del tiempo. Por ejemplo, para destruir 1,2 x 10 esporas de Clostridium botulinum se requieren los siguientes tiempos y temperaturas (Ver Cuadro 5-3):

Otros constituyentes del medio

Fase de crecimiento del cultivo

Los microorganismos, en su fase logarítmica de crecimiento, son más susceptibles al calor que en la fase estacionaria máxima. En general, durante la fase de muerte, la resistencia tiende a disminuir. Asimismo, las esporas bacterianas recién formadas son menos resistentes al calor y algunas de ellas pierden resistencia al envejecer (García & Vicente, 2003).

El tipo de organismo y su estado fisiológico

Los hongos, las levaduras y las bacterias son los microorganismos que con mayor frecuencia se requiere eliminar, mediante la aplicación de calor, en alimentos, equipo quirúrgico, medicamentos y otros materiales. Existe diversas especies de microorganismos, que tiene resistencia térmica y se ha determinado que la mayoría de las células vegetativas de las levaduras se destruyen aplicando calor húmedo entre 50 y 58 ºC por 10 a 15 minutos. La refrigeración y la congelación se usa para el control microbiano. La refrigeración puede hacerse en hielo o en un refrigerador mecánico. Es un método que se utiliza con frecuencia para conservar alimentos por períodos cortos, pues el crecimiento microbiano no cesa, sino que sólo se disminuye. El almacenamiento de alimentos en congelación ha sido un método importante desde hace cientos de años, cuando el hombre aprovechaba las temperaturas bajas. Después del desarrollo de la refrigeración mecánica los alimentos tuvieron mayor influencia dado que, la congelación entre (-20 a -30 ºC) detiene el crecimiento de los microorganismos (Romero, 2015).

Fuente: Elaboración propia a partir de autores citados



Cuadro 4-3: Tiempo y temperatura del Clostridium botulinum

Temperatura en ºC Tiempos de Generación en Minutos

20,0 65

10,0 158

7,5 207

5,0 300

2,0 462

0 667

Fuente: (García, 2015).

Desecación. La desecación es el método de desinfección físico utilizado en tiempos

pasados para el proceso de refrigeración. Para Jover & García (2015) “El período de

resistencia de los microorganismos depende de la especie microbiana. En general, los

cocos Gram (-) son más susceptibles a la desecación que los cocos Gram (+)”. Así mismo

“Las endoesporas bacterianas son muy resistentes a la desecación pudiendo permanecer”.

Los microorganismos requieren de agua para poder crecer. La desecación de la célula

microbiana y el entorno, hace que cese la actividad metabólica, que podría conducir a la

muerte. El control microbiano mediante la desecación es usado en la agroindustria para

conservar alimentos (Jover & García, 2015).

Métodos de desinfección químicos

Hay una grande cantidad de compuestos químicos que pueden ser usados para el control

de microorganismos. Algunos de ellos son sólo capaces de inhibir el crecimiento y el

metabolismo mientras otros causan la muerte. Pueden ser usados, por ejemplo, para

controlar poblaciones microbianas en alimentos; en el agua, para la desinfección de

superficies (mesas, paredes, techos) o la sanitización de equipo de industria alimenticia y

utensilios en restaurantes. El uso correcto y eficaz de un agente químico, depende del

conocimiento de sus características tales como: el modo de acción y las condiciones que

influyen la acción. Este método de desinfección se caracteriza por ser eficaz, económico y

no es amigable con el medio ambiente. Algunos de los principales métodos de desinfección

químicos son:


El fenol y los compuestos fenólicos. El fenol es uno de los desinfectantes más usados

para la desinfección de objetos inanimados. El fenol y sus derivados actúan

desnaturalizando las proteínas de las células, causando daño a la membrana de la célula

como: hongos, levaduras, esporas bacterianas y virus. El pH del medio afecta la actividad

de los compuestos fenólicos y ellos son más eficaces en el pH ácido. La presencia de

materia orgánica reduce su acción (Bataller, Santa, & García, 2010).

El alcohol etílico. El alcohol en concentraciones de 70% y 90% es muy eficaz para eliminar

microorganismos en su forma vegetativa. El alcohol desnaturaliza las proteínas y este

mecanismo es, en gran parte, responsable de su actividad antimicrobiana. De otra parte,

el disolvente de lípido daña la membrana de célula. La presencia de materia orgánica

reduce la actividad antimicrobiana, por lo tanto, debe ser aplicado para limpiar superficies

(Weber, 2003).

El yodo. El yodo es uno de los antimicrobianos más antiguos, ha sido usado en la forma

conocida como tintura de yodo, que es una mezcla de yodo puro y yoduro de potasio en

una solución alcohólica. El yodo es un agente eficaz que actúa contra hongos, levaduras

y virus. Las soluciones de yodo son usadas para desinfectar frutas y hortalizas, la acción

de yodo es relacionada con su poder de oxidación y su capacidad de combinarse con el

aminoácido tirosina un componente de enzimas. La eficacia del yodo se reduce por la

presencia de materia orgánica (Leal, 2013).

Los ácidos y los álcalis. Todos los microorganismos tienen la capacidad de desarrollarse

dentro de una cierta gama de pH. La acidez o alcalinidad aleja los límites de pH y genera

que sea nociva. El empleo de ácidos se hace, para controlar poblaciones microbianas. Un

ejemplo de ellos, es el ácido acético, el ácido láctico y el cítrico en la conservación de

alimentos encurtidos en vinagre (ácido acético). La lejía, es una solución de hidróxido de

sodio y es usado como un desinfectante. Se conoce con el nombre de preservantes

químicos que son añadidas al alimento para evitar o retrasar el deterioro (Granados &

Villaverde, 2003).

Lactato de calcio. El calcio generalmente se usa para mantener la firmeza de los productos

frescos durante el almacenamiento, dado que es capaz de interactuar con la pectina,

manteniendo la estructura de la pared celular, mientras que el lactato tiene propiedades



antimicrobianas. El lactato de calcio también tiene la ventaja de no dar un sabor

desagradable y amargura a los productos (Sánchez, Ariza, & Granados, 2014).

Compuestos de cobre. Los microorganismos necesitan cobre (Cu) en concentraciones

muy bajas como micronutriente, utilizado principalmente como un cofactor para ciertas

enzimas y metaloproteínas. Sin embargo, a altas concentraciones altera la integridad de

la membrana, inactiva las enzimas y produce radicales libres que causan la muerte celular.

Los compuestos de cobre se han usado principalmente como fungicidas, actuando como

un mediador de hidroperóxido, produciendo daño celular. Este proceso es irreversible y

afecta la cadena respiratoria. La principal limitación en el uso de cobre, está relacionada

con su toxicidad. Las concentraciones de cobre que van de 0.6 a 2.4 ppm han sido

reportadas como 96 valores de concentración letal. El cobre se usa generalmente en

combinación con otros productos como el ácido láctico hipoclorito de sodio combinado con

ultrasonidos, sodio hipoclorito y peróxido de hidrógeno. Estas combinaciones demostraron

que aumentan significativamente los efectos antimicrobianos (Romero, 2015).

Agua oxidante electrolizada. El agua oxidante electrolizada (EOW), es una tecnología

relativamente nueva en la industria alimentaria. También conocida como agua activada, es

formada por electrodiálisis con una solución de cloruro de sodio. Se usa para desinfectar

alimentos y no cambia el color o la apariencia del producto debido al pH neutro de la

solución; este es un método de desinfección amigable con el medio ambiente (García &

Vicente, 2003).

Peróxido de hidrógeno. El agua oxigenada o peróxido de hidrógeno, es un desinfectante

que está compuesto de agua y oxígeno. El peróxido de hidrógeno al igual que la capa de

ozono, mata microorganismos patógenos por medio de la oxidación. Este desinfectante se

puede aplicar en superficies de contacto con alimentos (Weber, 2003).

Ozono. El ozono se produce como un gas que puede disolverse en agua. Cuando se usa

en forma disuelta, solo una pequeña concentración (1-5 ppm), es necesario para ejercer

actividad antimicrobiana. Sin embargo, concentraciones más altas son necesarias, cuando

se utiliza como gas, ya que la humedad del aire afecta la penetración en las células y el

proceso de desinfección (García, 2015).


Este es un oxidante con un alto potencial bactericida. Sin embargo, el uso de esta técnica

de desinfección tiene algunas desventajas: (i) es inestable y se descompone rápidamente;

(ii) puede convertirse en un elemento muy tóxico, ya que puede afectar el sistema

respiratorio y causar irritación en los ojos y la garganta; (iii) tiene que generarse en el sitio

adecuado; iv) no es adecuado para ser utilizado en el producto, ya que puede afectar sus

propiedades fisicoquímicas; y, v) es potencialmente corrosivo. Sin embargo, el ozono ya

estaba aprobado por la FDA para ser utilizado en la industria alimentaria. De hecho, se ha

usado como desinfectante para el proceso de agua y superficies en contacto con alimentos

(García, 2015).

Compuestos amónicos cuaternarios. Los compuestos amónicos cuaternarios cuaternario

(QAC), son surfactantes catiónicos, generalmente se usan en concentraciones entre 200

y 400 ppm, para la desinfección de superficies en contacto con alimentos. Su modo de

acción se promueve a través de su interferencia con la bicapa lipídica de membrana. Este

desinfectante tiene poco efecto sobre las esporas, pero son altamente efectivos contra las

bacterias Gram positivas.

El compuesto amónico cuaternarios, es amigable con el medio ambiente, no es corrosivo

y son estables a altas temperaturas. El espectro de acción antimicrobiana es menor que la

de los sanitizantes clorados. Elimina hongos, levaduras y bacterias Gram positiva como L.

monocytogenes, mientras que su acción es menor frente a bacterias Gram negativos, tales

como coliformes o salmonella spp. Se debe tener en cuenta, la actividad antimicrobiana

pues varía según el amonio cuaternario utilizado (Garmendia & Vero, 2015).

Bicarbonato de sodio. El bicarbonato de sodio (NaHCO3), tiene una amplia aceptación por

parte de los consumidores y la industria, ya que no es tóxico y no causa daños a las frutas

y vegetales. Además, posee un costo bajo y también se puede usar para desinfectar

alimentos. El bicarbonato de sodio se conoce como hidrogeno carbonato de sodio o

carbonato ácido de sodio, es un agente de limpieza. El bicarbonato de sodio se usa como

aditivo alimentario, en productos farmacéuticos, cosméticos, detergentes otros productos

de limpieza del hogar (González, 2017).



Ácidos orgánicos débiles. Los ácidos orgánicos, naturales o químicamente sintetizados,

son comúnmente utilizados como conservantes en la industria alimentaria. Su aplicación

es aceptada por los consumidores, ya que la mayoría de ellos son naturalmente presentes,

tanto en los alimentos, como ingredientes. Muchos ácidos orgánicos tienen estado GRAS

y están aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) y Comisión

Europea (CE). Además de utilizarse como conservantes, también se usa como

antioxidantes, agentes aromatizantes, acidulantes y reguladores de pH. Los ácidos cítrico,

acético y láctico son los ácidos más comunes, aplicados en la industria alimentaria. Su

modo de acción se basa en la acidificación del citoplasma, interrupción de la fuerza motriz

del protón, estrés osmótico.

Además, tienen un modo de acción rápido contra una amplia gama de bacterias, cultivadas

bajo diferentes temperaturas. Los ácidos orgánicos tienen ventajas para el hipoclorito de

sodio cuando se usan como desinfectantes para la industria de corte en fresco, ya que sus

interacciones con moléculas orgánicas no producen compuestos tóxicos o cancerígenos

(Meireles et al., 2016).

4.3 Alimentos

4.3.1 Alimentos mínimamente procesados

Los vegetales mínimamente procesados, son definidos como cualquier fruta u hortaliza

que ha sido alterada físicamente; estos han pasado por un proceso de clasificación,

limpieza, pelado, deshuesado o cortado, todo esto, partiendo desde su carácter único, pero

manteniendo su estado de frescura; estos se manejan a través de “elementos de

desinfección, estabilizadores de color, retenedores de firmeza y envasados en bolsas o

bandejas creando una atmósfera modificada en su interior”. Tal como lo muestra el autor,

en Argentina, el consumo de vegetales, equivale a la mitad de lo recomendado por la

Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación y por la

Organización Mundial de la Salud, lo cual corresponde a 400 gramos de frutas y hortalizas

por día y por persona (Parzanese, 2017).


Los vegetales mínimamente procesados (VMP) han cobrado gran importancia a nivel

mundial pues los consumidores prefieren productos de alta calidad y listos para ser

consumidos. Una de las desventajas de los vegetales mínimamente procesados, consiste

en que tienen una vida útil menor. Por tanto, el consumo de hortalizas y frutas, proporciona

beneficios para la salud, son fuente natural de minerales, vitaminas, fibra además su aporte

calórico es menor al de otros alimentos (López, Questa, & Rodríguez, 2010).

5. Desarrollo

5.1 Conceptualización del uso del cloro y la luz ultravioleta como métodos de desinfección

5.1.1 La luz UV como desinfectante

Inicialmente, debe tenerse en cuenta en lo relativo a la energía radiante, que esta se puede

considerar como los campos magnéticos y eléctricos que han de oscilar

perpendicularmente a la dirección del desplazamiento, por lo que, para ello, puede

utilizarse a manera de ilustración y de ejemplo el caso de la luz visible. Siendo así, se trae

a colación que las energías radiantes son todas aquellas que se desplazan a la velocidad

de la luz, pero que al mismo tiempo difieren en lo atinente a la frecuencia y la longitud de

ondas. Por ello, diferentes autores han sostenido que el espectro electromagnético abarca

un amplio intervalo de energías entre las cuales se encuentran las frecuencias, y por tanto

de longitudes de onda. De esta manera, entre las diversas regiones del espectro

electromagnético, la radiación ultravioleta y las microondas son algunos tópicos sobre los

cuales la industria de alimentos presenta interés (Gutiérrez, Palou, & López, 2012).

El interés en lo relativo a la radiación ultravioleta, se encuentra sustentado en el hecho de

que estos pueden llegar a presentar incidencias negativas y nocivas sobre el ADN de

diferentes microorganismos, por lo que primeramente se ha recurrido a desinfectar en las

industrias alimentarias de tapas de cierre, agua, bandas transportadoras, envases, laminas

y otros, por lo que se amplió el uso de estos hacia otros productos alimenticios,

fundamentalmente en el sector de los vegetales, las frutas y las hortalizas, recurriendo

para ello a mecanismos de defensa para su tejido metabólico y activo, lo cual tiene como

consecuencia que se produzcan fitoalexinas (Guerrero, 2013).

Desarrollo 37

En este orden de ideas, Guerrero (2013) sostiene que es seleccionada teniendo en cuenta

que consiste en un proceso que no cambia las propiedades sensoriales y que por tanto

conlleva a una reducción del uso de sustancias químicas. Por consiguiente, la radiación

ultravioleta, desde la perspectiva de tecnología no térmica de conservación, se comporta

como un tratamiento de carácter simple, limpio; así mismo se lleva a cabo a bajas

temperaturas y sin humectación del producto, esto conlleva a que se requiera menos

espacio que los que se necesitan con otros métodos; sumado a esto, se exige menos

mantenimiento y se lleva a cabo con un bajo costo. De esta manera, este método, además

de poder ser incorporado fácilmente a una línea de procesamiento, requiere una baja

inversión para su implementación convirtiéndolo en un significativo método o técnica de

desinfección.

En lo que respecta al uso de la radiación ultravioleta, es menester afirmar que los avances

recientes en la desinfección de alimentos con radiación ultravioleta han tenido como

consecuencia el desarrollo y comercialización de equipos que se han denominado como

UCV, los cuales se utilizan para el procesamiento de diferentes alimentos, siendo estos

tanto líquidos como sólidos.

De acuerdo con Carbotecnia (2014), la luz UV, es un germicida y un método de

desinfección, la cual utiliza la radiación UV, para eliminar bacterias, mohos, levaduras,

esporas, protozoos, entre otros; además es usada para desinfectar las frutas, hortalizas y

el agua; esta luz, es entendida como una onda, que afecta a los microorganismos, en la

medida que destruye los ácidos nucleicos de estos organismos, de manera que su ADN

se interrumpe por la radiación UV, lo que les impide realizar funciones celulares vitales de

reproducción.

Se tiene, además, de acuerdo con Madanchia, Thiede & Herrmann (2017), que la radiación

UV, es una forma de radiación electromagnética de longitud de onda, entre 100 y 400

nanómetros (nm) (ver Figura 6-1). Pachuau & Tiwar (2008), definen cuatro clases de

radiación UV:

(315 - 400 nm) UV-A

(280 - 315 nm) UV-B



(200 - 280 nm) UV-C

(100 - 200 nm) Vacío UV-D

Figura 5-1: Espectro de energía radiante UV.

Fuente: Totora, Funke, & Case (2007)

Existen entonces, diferentes mecanismos de desinfección UV, entre los más relevantes se

encuentran:

Dimerización DNA: En este mecanismo, los microorganismos son inactivados por luz UV

como resultado del daño fotoquímico a sus ácidos nucleicos. Por lo cual, la radiación UV

es absorbida por nucleótidos, los bloques de construcción del DNA y RNA celulares en una

manera dependiente de la longitud de onda con picos de cerca de 200 y 260 nm. Por tanto,

el UV absorbido promueve la formación de uniones entre nucleótidos adyacentes, creando

moléculas dobles o dímeros ( Wright & Cairns, 1998).

Mecanismos de reparación: muchos microbios que tienen un sistema metabólico, cuentan

con varios mecanismos de reparación de los ácidos nucleicos dañados. Por tanto, el

mecanismo de reparación que es único a la desinfección UV, es el de fotoreactivación;

esta fotodimerización de tiaminas adyacentes resultantes de la absorción UV de los ácidos

nucleicos, puede ser invertida por una enzima fotoreactivada que usa luz entre 300 y 500

nm para activar la partición del dímero ( Wright & Cairns, 1998).

Desarrollo 39

La cinética de inactivación y el concepto de dosis UV: De acuerdo con Wright & Cairns

(1998), la cinética de inactivación microbiana por UV, se usa frecuentemente, como

siguiendo la ley de Chick:

𝑁 =̀ 𝑁𝑂𝑒− 𝑘𝐼𝑡́ (5)

Donde:

No: es la concentración inicial de microbios previa a la aplicación de UV,

N: es el número de microbios que restan después de la exposición a la luz UV.

I: es la intensidad UV,

t: es el tiempo de exposición

k: es la constante del ritmo de inactivación.

La dosis UV se define como el producto de la intensidad UV y tiempo. En la Figura 6-2, se

muestra una representación gráfica de la ley de Chick, evidenciado inactivación como

función de la dosis UV aplicada.

Figura 5-2: La cinética de inactivación de la desinfección por UV

Fuente: Wright & Cairns (1998)

Tasas de inactivación: estas tasas de inactivación microbiana varían de acuerdo a la

especie microbiana, la población microbiana y la longitud de onda de la luz UV. En el



Cuadro 6-1, se presenta un sumario de inactivación UV, observada usando lámparas de

baja presión con patógenos virales, bacterianos y protozoarios, así como grupos de

indicadores microbianos ( Wright & Cairns, 1998).

Cuadro 5-1: Dosis UV en MWs/cm2 necesaria para inactivar una población microbiana

por 1 Log (90%) y 2 Log (99%).

Fuente: Wright & Cairns (1998).

Desarrollo 41

Dado lo anterior, Sun, Kunitomo & Igarashi (2006), afirman que la luz ultravioleta se

caracteriza por ser un método de desinfección efectivo, eficaz, eficiente, seguro, amigable

con el medio ambiente y limpio; el cual no modifica las propiedades sensoriales y nutritivas

del producto. El principal mecanismo por el que se produce la inactivación, corresponde a

la formación de dímeros de bases pirimidínicas adyacentes en la cadena de ADN,

fundamentalmente de timina, las cuales impiden que se reproduzca durante la etapa de

duplicación celular. La aplicación de luz UV, se considera como “una tecnología no térmica,

que influye sobre los parámetros de calidad e higiene, produciendo alimentos

microbiológicamente seguros para el consumo humano”.

5.1.2 Usos

Según Suárez (2001), la luz UV, se utiliza para la desinfección del agua, aire, superficies,

frutas, hortalizas, materiales de envasado, farmacéutica, vinícola, electrónica, acuacultura,

impresión, destilería, petroquímica, cosmética, curado de diversos adhesivos, medicina,

odontología, investigación microbiológica, ciencia forense y muchas otras aplicaciones.

De esta forma, para autores como Gutiérrez, Palou y López (2012) son diversas las

empresas que han diseñado equipos UVC para el tratamiento de alimentos que pueden

presentar estas incidencias, y por tanto al conocer sus características principales es

posible diseñar nuevos equipos o mejoras en los originales. Siendo así como una

alternativa a los tratamientos térmicos tradicionales, la radiación UVC tiene un gran

potencial para producir alimentos para las demandas actuales de los consumidores.

Por consiguiente las nuevas tecnologías que tratan sobre fuentes de radiación deben ser

tenidas en cuenta para poder llegar a diseñar nuevos equipos y al mismo tiempo poder

ampliar el estudio en la desinfección de alimentos, por ello, los equipos UVC disponibles

en el mercado tienen pocas aplicaciones en alimentos; sin embargo, para ampliar las

aplicaciones en la industria alimentaria se requiere de mayor investigación que proporcione

la información necesaria para el diseño de nuevos equipos (Gutiérrez, Palou, & López,

2012).



5.1.3 Equipos de desinfección de luz UV, utilizados en la industria de alimentos

Tal como se ha venido mencionando, la luz UV, sirve para desinfectar frutas y hortalizas;

esta normalmente es utilizada para higienizar las superficies de los equipos que tienen

contacto con el producto. Para esto, existe una gran variedad de equipos de desinfección

de luz UV, utilizados en la industria de alimentos (Joaquín , 2015). Entre ellos, se tienen

principalmente los siguientes (Ver Cuadro 6-2):

Cuadro 5-05-2: Equipos de desinfección de luz UV, utilizados en la industria de alimentos

Desarrollo 43

Fuente: Elaboración propia a partir de Gutiérrez, Palou, & López (2012)

Figura 5-3: Diagrama de flujo del equipo UV con funda de cuarzo helicoidal.

Adaptada de Gang et al. (2011).

Fuente: Gutiérrez, Palou, & López (2012)



Figura 5-4: Equipo UVC desarrollado por Cidersure. Adaptada de Cidersure (2012)

Fuente: Gutiérrez, Palou & López (2012)

Figura 5-5: Equipo UV de alimentos.

Fuente: Vicerrectoría de Investigación UCR (2014).

Desarrollo 45

También es importante hacer referencia al Módulo de desinfección UV, el cual ha sido

diseñado para desinfectar superficies, este es un sistema que usa lámparas DTS25

herméticas. El módulo es equipado con reflectores que son diseñados con rayos de luz

ultravioleta, la cual tiene un alto grado de irradiación y homogeneidad en los productos

(Ver Figura 6-6). Este equipo desinfecta frutas, frutos secos y hortalizas (Peschl-Ultraviolet,

2017).

Figura 5-6: Medidas del equipo de desinfección de superficie UV.

Fuente: Peschl-Ultraviolet (2017).

Otro equipo importante en la desinfección de alimentos, es el Tunel UV, el cual se utiliza

para desinfectar alimentos en sistemas de media y baja producción. Este se debe instalar

entre lo más cercano posible al producto, dado que esta aumenta la seguridad durante el

transporte en la línea, en la medida que previene la contaminación por contacto con

gérmenes en el aire, por parte de los operarios. El túnel se adapta fácilmente a varias

distancias (Peschl-Ultraviolet, 2017).

199 cm

80 cm



Figura 5-7: Medidas del Túnel UV.

Fuente: Peschl-Ultraviolet (2017)

En cuanto al costo de los equipos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) (2015), indica

que, dependiendo del fabricante, de la capacidad de la planta y la empresa que lo

comercializa así será el precio de los equipos de desinfección UV. Así mismo, el

mantenimiento de la maquinas, limpieza, productos químicos y reemplazo de lámparas se

incluyen en los costos anuales operacionales de desinfección con luz UV.El valor

aproximado de un equipo UV es US$ 50.000 dólares (Ver Cuadro 6-3).

190 cm 100 cm

Desarrollo 47

Cuadro 5-3: Costos de la luz ultravioleta (UV)

Fuente: Agencia de Protección Ambiental (EPA) (2015).

5.2 Ventajas y desventajas del uso del cloro y la luz ultravioleta como desinfectantes.

5.2.1 Aplicación de luz UV en la desinfección de frutas y hortalizas

De acuerdo con Millan, et al. (2015):

Las lámparas que se utilizan para la desinfección con UV-C consisten en tubos de

cuarzo que contienen un gas inerte en su interior, como argón, y pequeñas cantidades



de mercurio. Las fuentes de radiación usadas pueden ser clasificadas en lámparas de

baja y media presión de descarga de mercurio. Aunque los métodos y detalles sobre la

desinfección con luz UV son bien conocidos, hasta el punto de que los sistemas de

desinfección efectivos pueden ser diseñados e instalados con efectos predecibles, la

naturaleza exacta del efecto de la luz UV sobre los microorganismos a nivel molecular

es aún un tema de investigación intensiva (Millan, et al. 2015).

Para la aplicación de luz ultravioleta, es pertinente traer a colación lo dicho por Domínguez

y Perzanese (2015), quienes no han dudado en afirmar que la radiación ultravioleta

produce cambios fotoquímicos, cuyos efectos pueden variar según la especie de

microorganismo que se trate. Por tanto, el mecanismo de acción para ser letal llega a

depender de su absorción por el ADN, pudiendo detener de esta manera el crecimiento

celular y por tanto provocar la muerte. En este sentido se tiene en cuenta que la radiación

absorbida por los nucleótidos produce cambios físicos de electrones, formando así

diferentes uniones cruzadas entre tiamina y citocina que sean pertenecientes a la misma

cadena, lo que para estos autores provoca la formación de dímeros ciclobutil pirimidina.

De acuerdo a lo anterior, se hacen mención acerca de que esto puede llegar a producir

distorsiones en la forma del ADN interfiriendo en el apareamiento normal de las bases, por

lo que como resultado se bloquea la síntesis de ADN y consecuentemente quedan

afectadas las diversas funciones celulares que pueden llegar a provocar la muerte, luego

entonces, los efectos en los enlaces cruzados son proporcionales al tiempo de exposición

e intensidad de la luz ultravioleta (Domínguez & Parzanese, 2015).

Desinfección de frutas y hortalizas enteras

Según Millán, et al., (2015) la luz ultravioleta, cuenta con propiedades germicidas, dado

que es un método de desinfección que conserva la calidad de las hortalizas y frutas como:

fresa, manzana, mango, durazno, limón, uva, piña, banano entre otras. Un antecedente de

este método, corresponde a una aplicación que se realizó en fresas, para controlar la

descomposición originada por el hongo Botrytis cinérea, esto se realizó mediante dosis de

0,25 y 1,0 kJ/m2 y temperaturas de almacenamiento de 4 a 13°C.

Desarrollo 49

Así mismo, también se pudo comprobar que la luz ultravioleta, prolongó la vida útil del fruto

y evitó la descomposición y deterioro por ataque de Penicillium digitatum en la mandarina

y en mora azul. También se aplicó luz UV en superficies de pera y durazno, con el propósito

de eliminar la bacteria Escherichia coli, observándose una reducción microbiana de 3,70 ±

0,125 log UFC/g en pera y de 2,91 ± 0,284 log UFC/g. Igualmente se usó la luz ultravioleta

en tomates enteros, con una distancia 2,9 - 57,6 kJ/m2 lo cual, redujo un 7 log UFC/ml

poblaciones de Escherichia coli (Haute, Tryland,, Escudero,, Vanneste, & Sampers, 2017)

(Ver Cuadro 6-4).

Es por esto, que, al aplicar radiación ultravioleta en frutas y vegetales, adicionalmente a la

reducción de la carga microbiana inicial en la superficie, se puede llegar a producir un

fenómeno denominado como efecto hormético. Dicho efecto puede llegar a presentar

mejoras en la resistencia al ataque de ciertos microorganismos tales como mohos y

levaduras, dado que puede estimular la producción de fenilialanina amonia-liasa, que

induce la formación de compuestos fenólicos que llega a producir efectos tóxicos para ellos

(Domínguez & Parzanese, 2015)

Es así como, tal como lo afirma Millan, et al., (2015), la aplicación de irradiación UV en

frutas, se ha convertido en un sistema efectivo para prolongar la vida útil de algunos

productos, entre ellos, las frutas, por ser mortal para la mayoría de microorganismos.



Cuadro 5-4. Resultados de la Inactivación microbiana en frutas enteras tratadas con luz

UV

NR= no se evidencias resultados

Fuente: Millán, Romero, Brito & Ramos (2015)

Finalmente, tal como lo expresa Domínguez & Parzanese (2015), vale recordar que pese

a ser una tecnología aplicable a muchos alimentos, es necesario tener en cuenta la

composición de cada producto, ya que se requieren dosis distintas de radiación UV según

la matriz (composición química y ordenamiento estructural) propia del alimento. Por esto,

sería importante realizar ensayos de laboratorio de rutina, a fin de evaluar la eficacia del

procedimiento.

Desinfección en frutas cortadas

En relación a la desinfección de frutas cortadas, es necesario traer a colación un estudio

realizado por Gómez et al. (2010), citado por Millan, et al. (2015), donde se examinó la

consecuencia de la luz ultravioleta, probada en rodajas de manzanas recién cortadas,

Desarrollo 51

estas fueron inoculadas con aproximadamente 5x10-4 - 8x10-6 UFC/cm2 para imitar la

contaminación posterior al procesamiento con Listeria innocua, Escherichia coli y

Saccharomyces cerevisiae.

“Las rodajas de manzanas se irradiaron a diferentes tiempos de exposición durante 10,

15 o 25 min con dosis de 5,6; 8,4 y 14,1 kJ/m2 respectivamente, mostrando una

reducción entre 1,0 y 1,9 ciclos log para las rodajas sin inmersión y una reducción de

0,2-0,7 ciclos log para las rodajas pre-tratadas con ácido ascórbico y cloruro de calcio

tratadas durante 20 min con irradiación UV-C” (Millan, et al. 2015 p. 462)

A continuación, se describe otro experimento realizado:

“fue investigado el efecto bactericida de la luz ultravioleta (a una longitud de onda de

253,7 nm) en rodajas de pera con y sin cáscara, contra cepas de Listeria innocua ATCC

33090, Listeria monocytogenes ATCC 19114 D, Escherichia coli ATCC 33090; y

Zygosaccharomyces bailli NRRL 7256. Siendo expuestos a dosis de UV-C entre 0 y 87

kJ/ m2 , mostrándose mayores índices de reducción entre 0 y 15 kJ/m2 (Schenk et al.

2008). Calderón-Gabaldón et al. (2012), evaluaron el efecto de diferentes dosis de luz

UV-C y ácido málico sobre Rhodotorula glutinis (flora deteriorativa predominante) en

trozos de papaya frescas cortadas, inoculadas sobre su superficie con un cultivo puro

de R. glutinis (107 UFC/g) y después tratadas con luz UV-C (0; 0,96; 2,88; 5,76 y 8,64

kJ/m2) (Ver Cuadro 6-5)” (Millan, et al. 2015 p. 462)



Cuadro 5-5: Inactivación microbiana en frutas cortadas tratadas con luz ultravioleta

Fuente: Millan, et al. (2015)

Resulta interesante, traer a colación un estudio realizado por Rodríguez y Narciso (2012),

quienes han encontrado que un tratamiento óptimo con luz ultravioleta puede llegar a

producir efectos que conlleven a aumentar la vida útil de diferentes fresas como lo son las

fresas, manzanas y melocotones, lo cual se causa por la reducción de la tasa de

respiración y la pérdida de peso, permitiendo que se presente una retención en la calidad

Desarrollo 53

visual total, que conlleva a que se retrase la maduración, la fuga de electrolitos y

manteniendo la firmeza por tiempos más prolongados, en comparación con los controles.

Desinfección de frutas y hortalizas mínimamente procesadas

De acuerdo con Parzanese (2017), los alimentos mínimamente procesados tienen las

siguientes ventajas: (i) producto listo para consumo o de preparación rápida y fácil. (ii) alta

calidad nutritiva y organoléptica. (iii) opción de agregado de valor para productos

frutihortícolas regionales. Sus desventajas, corresponden principalmente a: (i) la mayoría

de las materias primas tienen producción estacional y son altamente perecederas. (ii) la

calidad de la materia prima no es uniforme. (iii) es necesario mantener el producto a

temperatura de refrigeración en todas las etapas del proceso, almacenamiento,

comercialización y distribución.

En cuanto al tratamiento para desinfección con la luz UV, en los alimentos mínimamente

procesados, es importante tener en cuenta que dado a que la demanda de alimentos

frescos y mínimamente procesados se está incrementando rápidamente, en especial

porque los consumidores buscan la frescura que estos productos le brindan. Esto sin duda,

ha generado un aumento de alimentos conservados por tecnologías emergentes (Márquez

& Pretell, 2013).

Es así como el desarrollo de tecnologías no térmicas y efectivas, permiten ofrecer al

consumidor, frutas mínimamente procesadas. Por tanto, el interés reciente de estas

tecnologías, no solo consiste en obtener alimentos de alta calidad, sino que proporcione

alimentos con funcionalidades mejoradas. Es así como, resulta interesante el hecho de

que la luz UV, retrasa el proceso de maduración y senescencia; además en el sector

hortofrutícola, puede reducir las pérdidas de cosecha ocasionadas por desórdenes

fisiológicos, como daño por frío, susceptibilidad al ataque de fitopatógenos y pérdida de

firmeza (Márquez & Pretell, 2013).



5.2.2 Ejemplos de mejoras en la composición nutricional de algunos alimentos

Con el fin de demostrar las ventajas de la aplicación de la tecnología UV, a los alimentos

mínimamente procesados, a continuación, se relacionan algunos estudios que demuestran

sus resultados en frutas como la carambola, berenjenas, mango, piña y mamey.

Andrade & Moreno (2010), indican un estudio, que tuvo como fin evaluar los efectos de la

luz ultravioleta, en la fruta de carambola mínimamente procesada. Para esta investigación,

las frutas, recién cosechadas, fueron lavadas y se cortaron en rodajas de 5 mm de ancho,

estas se dividieron en dos grupos: frutas tratadas y frutas no tratadas con UV; fueron luego

colocadas en una bandeja, cubiertas con un plástico por 21 días. Pasado este tiempo, en

las frutas no tratadas se obtuvo como resultado la pérdida de peso, Ph y sólidos, además

se observó, que hubo un decaimiento de firmeza; de otro lado, en los frutos tratados con

UV se retardó la descomposición de la carambola mínimamente procesada, tal como se

puede evidenciar en la Figura 6-8.

Figura 5-8: Efectos de la carambola mínimamente procesada tratada con UV.

Fuente: Andrade & Moreno (2010)

El ensayo de la berenjena mínimamente procesada, demostró que la radiación de la luz

UV, mata rápidamente las bacterias, hongos, algas y microbios, que se encuentran en

estas hortalizas, lo cual daña el ADN e impide que se produzcan más microorganismos

Desarrollo 55

que contaminen la hortaliza. También se aplicó la luz ultravioleta en el Calabacín, en el

cual se disminuyó la microflora y se redujo la podredumbre entre un 20% y un 50%

(Syamaladevia & Adhikari, 2015) (Ver Figura 6-9).

Además, este procedimiento produce compuestos antioxidantes y aumentó la vitamina C

en estos productos. Es importante tener clara, la precisión de la dosis en las hortalizas,

ya que, si se pasa de la medida esta radiación puede estropear el producto (SINC, 2012).

Figura 5-9. Berenjenas tratadas y no tratadas con UV

Fuente: Andrade & Moreno (2010)

Márquez & Pretell (2013), realizaron un estudio del tratamiento con UV, del mango, piña y

mamey. Estas frutas fueron clasificadas, lavadas y cortadas, para luego ser sumergidas

en cloruro calcio y ácido ascórbico durante un minuto. Posteriormente, se sometieron a

dosis de irradiación UV y fueron envasadas en bandejas durante 15 días; cada cinco días

se evaluó la pérdida de peso, color, sólidos solubles y firmeza. Finalmente, se obtuvo que

la dosis de irradiación UV 7 kJ/m2, permitió obtener las mejores características

fisicoquímicas en mango y mamey, en tanto que la dosis fue de 14 kJ/m2 en piña. Por

tanto, las mayores características antioxidantes y el menor recuento microbiológico se

obtuvieron con la dosis de irradiación UV-C de 14 kJ/m2 durante el almacenamiento (Ver

Figura 6-10)

Berenjena No Tratada

con UV

Berenjena Tratada con

UV



Figura 5-10: Frutas tratadas con luz ultravioleta.

Fuente: Márquez & Pretell (2013)

Con la implementación de luz UV, no se contamina el agua, ni tampoco se necesitan

químicos pesados para la limpieza de las máquinas que, a diferencia de otros, se requieren

grandes cantidades de agua para esterilizar los equipos, en cambio para la luz UV, se

gastan mínimas cantidades de agua en su limpieza y sus bombillas se limpian con alcohol,

que el mismo evaporiza sin dejar residuos.

Desarrollo 57

En segundo lugar, se tiene que la radiación de la luz ultravioleta no es perjudicial para el

medio ambiente; además, la emisión sobre el producto no es nociva, porque gracias a la

luz UV, estos son menos propensos a dañarse.

Aplicación en alimentos líquidos

Domínguez & Parzanese (2015), afirma que la radiación UV se utiliza para desinfectar

agua, ya sea para ser comercializada como tal o en la industria de bebidas. También para

desinfectar aguas de proceso, por ejemplo, en el transporte de peces a criaderos y en la

desinfección del agua resultante de la depuración de moluscos: como no deja residuos

químicos que puedan afectar la vida de los animales, asegura una elevada reducción de

microorganismos, sin alterar olor, color o pH.

Otra aplicación la utiliza para desinfectar y aumentar la vida útil de jugos de frutas y

hortalizas.

Cabe destacar que el poder de penetración disminuye cuando se tratan líquidos que no

son transparentes y/o tienen sólidos en suspensión. Los líquidos con buena transmitancia

de luz no presentan inconvenientes en el tratamiento con radiación UV, la baja

transmitancia está asociada a la concentración inicial de microorganismos, partículas en

suspensión, color y composición del producto. Por ser un líquido transparente, el agua

tiene el mayor índice de transmisividad (Domínguez & Parzanese, 2015),.



Cuadro 5-6: Ventajas y desventajas de la aplicación UV en alimentos líquidos

Fuente: Domínguez & Parzanese (2015)

5.2.3 Aplicación del cloro en la desinfección de frutas y hortalizas

Principales efectos del cloro

El cloro se puede usar directamente como desinfectante, en cuyo caso, el reactivo activo

es hipocloroso, por lo que se pueden formar residuos combinados de cloro, también

pueden actuar como desinfectantes. Se tiene además que el cloro es un oxidante fuerte,

capaz de oxidar algunos materiales en el agua; por tanto, el color, el sabor y el olor en los

suministros de agua, a menudo son biológicos y son causados por la presencia de

moléculas orgánicas. El método de desinfección del cloro es una etapa de precloración,

antes de la filtración. Esto reduce la carga bacteriana y proporciona seguridad, ya que

habrá un menor número de patógenos y crecimiento microbiano (Scholz, 2016).

Otro factor determinante del cloro, consiste en los efectos ambientales, puesto que, pese

a que este es un poderoso desinfectante, también es un químico peligroso que requiere

de un manejo cuidadoso. Es así como su reacción con los compuestos fenólicos, tiene

efectos adversos en el medio ambiente, incluso puede afectar al ser humano. Esto, dado

Desarrollo 59

que se ha demostrado que la cloración produce compuestos de trihalometano como el

cloroformo (CH3Cl), por la reacción con la materia orgánica en el agua. Estos compuestos

son conocidos como carcinógenos, pues son dañinos para los organismos que viven en el

suelo y en el agua, ya que con una concentración de tan solo 0,1 ppm, puede producir

efectos adversos sobre estos organismos. De este modo, la cloración del agua es de gran

preocupación ambiental, debido a la diversidad de compuestos potencialmente tóxicos,

producidos durante tales tratamientos (Mousati & de la Torre, 2011).

Otro efecto representativo de la desinfección con cloro, está relacionado con el daño a la

salud, esto, en la medida en que el contacto dérmico u ocular y la inhalación de cloro,

puede causar irritación de la nariz, la garganta y los ojos, seguido falta de aliento, tos y

sibilancias, náuseas, vómitos, y dolor en el pecho; incluso, las exposiciones más grandes,

pueden llevar a insuficiencia cardíaca y pulmonar. La exposición severa también puede

conducir a graves traqueobronquitis, edema pulmonar e hipoxemia aguda insuficiencia

respiratoria. Algunas consecuencias mayores, corresponden a que el cloro puede generar

estado de coma, paro respiratorio y muerte. Los que sobreviven a la exposición pueden

presentar tos persistente hasta 14 días o incluso varios meses; estos síntomas pueden

incluir dolores en el pecho, vómitos y tos. Así mismo, al tener contacto con la piel, el cloro

causa irritación, dolor, enrojecimiento, ampollas y quemaduras. El cloro causó una

sensación de ardor en el boca y garganta (Sánchez, Ariza, & Granados, 2014).

Tipos de Cloro

El cloro está disponible en forma gaseosa, líquida y sólida. En condiciones normales el

cloro es un gas verde-amarillo y corrosivo con una densidad de 2,5. Se puede licuar bajo

una presión relativamente pequeña (3,7 atm). Según Scholz (2016), el cloro tiene las

siguientes formas:

Dióxido de cloro. El dióxido de cloro (ClO2) es un gas inestable que puede ser generado

por la adición de ácido. En el agua, reacciona para producir dos ácidos inestables, ácido

de cloro y ácido clorito, que pueden actuar como desinfectantes. El dióxido de cloro es un

gas altamente reactivo y se requiere especial cuidado para garantizar su manejo seguro.

El dióxido de cloro es relativamente costoso como desinfectante, sus fuertes



características oxidantes lo hacen valioso para el control del sabor, olor, hierro, manganeso

y color.

El clorito de sodio se suministra como un líquido que contiene 26% p/p de NaClO2, en

recipientes pequeños compuestos por el 80% p / p de NaClO2, a partir de la cual se fabrica

una solución de hasta 31% p/p. La proporción de cloro a clorito de sodio (100% w / w

NaClO2) variará de la estequiometria de 0.39: 1 a tanto como 1:1, dependiendo de la

alcalinidad del agua. Es así como el exceso de cloro por encima del requisito

estequiométrico, debe limitarse a lo requerido, para neutralizar la alcalinidad, de lo

contrario, cualquier exceso de cloro promoverá el clorato (ClO3). El valor del pH debe ser

aproximadamente 4 y, por lo tanto, para la mayoría de las aguas la concentración de cloro

debe ser superior a 500 mg / l. En la práctica, para la solución de dióxido de cloro, las

concentraciones se mantienen a menos de 1 g / l en sistemas abiertos, y 10 g / l en

completamente cerrado.

El proceso ácido utiliza alrededor de 1,25 veces más clorito de sodio que el proceso de

cloro, para producir la misma cantidad de dióxido de cloro. Estequiométricamente 1,67 g

de clorito de sodio (100% p / p) NaClO2) y 0,54 g de HCl son necesarios para producir 1 g

de dióxido de cloro. Se requiere un pH (0.5) para neutralizar la alcalinidad y maximizar el

rendimiento (Scholz, 2016).

Hipoclorito de Sodio. Hipoclorito de sodio (NaOCl) es un compuesto que se usado para

desinfectar el agua y para purificar superficies. Este se presenta como una solución clara,

de ligero color amarillento y un olor característico. Tiene una densidad relativa de 1,1 (5,5%

solución acuosa). El hipoclorito de sodio se utiliza en la agricultura, industrias

químicas, pinturas, agroindustrias, farmacéuticas entre otros (Llangarí, 2013).

Hipoclorito de Calcio. Witt & Reiff (2015), afirman que el hipoclorito de calcio está

disponible en forma de polvo y granular; comúnmente este es conocido como polvo

blanqueador, es ampliamente utilizado en los países menos desarrollados del mundo. Este

hipoclorito de calcio elimina bacterias, algas, hongos y otros microorganismos, además

tiene amplios usos, entre ellos, el tratamiento de aguas residuales, para desinfectar

hortalizas y frutas, así como en hospitales.

Desarrollo 61

Ácido clorhídrico. El ácido clorhídrico (HCl), es una disolución acuosa del gas, es un gas

ligeramente amarrillo, corrosivo no inflamable, más pesado que el aire, de olor fuertemente

irritante. El cloruro de hidrógeno tiene numerosos usos, entre ellos, la limpieza, el

tratamiento y la galvanización de metales, también es usado para curtir cueros entre otros

(Garmendia & Vero, 2015).

Ácido hipocloroso. El ácido hipocloroso (HOCl) es un agente desinfectante y se conoce

como cloro libre disponible. Para este, la disociación es importante ya que el ion hipoclorito

no es un desinfectante; por tanto, el ácido hipercloroso se disocia en un 50% a pH 7,5 y

para asegurar la efectividad de la desinfección, el pH debe ser ácido al menos un 90%.

Este elemento se caracteriza por ser un desinfectante no toxico, no irritante, no corrosivo,

el cual presenta un ligero olor a cloro, que no altera las características organolépticas de

los alimentos y es respetuoso con el medio ambiente (Lafaurie, Calderón, Zaror, Millán,, &

Castillo, 2015).

Factores relacionados con la eficiencia de desinfección del cloro.

Los factores que deben tenerse en cuenta al tratar el agua con cloro son:

La etapa en la que se aplica cloro. El cloro a menudo se aplica en más de una etapa en el

tratamiento precloración. El propósito de la precloración es reducir el contenido bacteriano,

prevenir la multiplicación bacteriana y refrenar el crecimiento de patógenos (Brandt,

Johnson, Elphinston, & Ratnayaka, 2017).

Efecto de la turbidez. El efecto de la turbidez en el agua, busca impedir la penetración de

bacterias que pueden protegerse en las partículas de materia suspendida y así prevenir el

efecto del cloro. Siempre es necesario que la desinfección se aplique como una etapa de

tratamiento en el agua que contiene baja turbidez (Artés & Aguayo, 2009).

Consumo de cloro por compuestos metálicos. Una cantidad sustancial de cloro puede ser

utilizado para convertir el hierro y el manganeso en solución. Por lo general, el hierro y el

manganeso, deben ser inferiores a 0,1 mg / l como Fe y 0,05 mg / l de Mn, si en el momento



de la aplicación del cloro, sus niveles son demasiado bajos para la eliminación, la dosis

debe tomarse en cuenta (Brandt et al., 2017).

Reacción del cloro con compuestos de amoníaco y materia orgánica. Compuestos de

amoníaco puede existir en materia orgánica, presente en el agua o por separado de la

materia orgánica, en cualquier caso, reaccionarán para formar cloro combinado, que no es

un bactericida tan efectivo como el cloro libre. El cloro puede usarse en la oxidación de

alguna materia orgánica, pero hay riesgo de formar subproductos. El amoníaco no debe

exceder 0.01 mg / l como N; dado que cuando se excede este valor, o cuando la materia

orgánica está presente, se debe tener en cuenta tanto la dosis de cloro como el tiempo de

contacto, con el fin de satisfacer la demanda de cloro antes de la desinfección. Por lo tanto,

las sustancias que están causando una demanda de cloro, deben ser eliminadas antes de

la desinfección, de lo contrario la desinfección podría verse comprometida (Sánchez, Ariza,

& Granados, 2014).

La baja temperatura causa un retraso en la desinfección. La tasa de desinfección se ve

afectada a medida que baja la temperatura. La diferencia en la tasa de eliminación de

bacterias entre las temperaturas de 20 ° C y 2 ° C, son notables, tanto con cloro libre como

combinado. Por tanto, se debe tener en cuenta el período de contacto requerido. La

reducción en la tasa de desinfección con la caída de la temperatura se compensa, en cierta

medida por un pequeño aumento en la concentración de equilibrio del ion hipocloroso a

temperaturas más bajas (Sánchez, Ariza, & Granados, 2014).

El aumento del pH reduce la efectividad del cloro. En cloro libre, el ácido hipocloroso se

forma en mayores cantidades a valores de pH; Por lo tanto, la desinfección de cloro libre

es más efectivo a valores bajos, el valor sugerido es por debajo de 8 (Gil, Selma, López, &

Allende, 2009).

El número de coliformes presentados para la desinfección. Para lograr el 100% de

cumplimiento, con el requisito de cero coliformes, después de la etapa de desinfección, el

agua sometida a la desinfección, idealmente no debe contener más de 100 coliformes /

100 ml (Ospina & Ramírez, 2011).

Desarrollo 63

El tiempo de contacto es importante. El efecto desinfectante del cloro no es instantáneo y

se debe permitir suficiente tiempo para que el cloro mate los organismos (Brandt et al.,

2017).

Concentración y tiempo de contacto del cloro

De todos los factores que influyen en la eficacia de la desinfección del cloro discutido

anteriormente, el más importante es la concentración, el tiempo de contacto, el pH y la

temperatura del agua. El término libre residual, se refiere a la cantidad de cloro libre que

queda después de que el proceso de desinfección ha tomado lugar. Por tanto, dada la

concentración adecuada del cloro y el tiempo de contacto, todos los organismos

bacterianos y la mayoría de los virus pueden ser inactivados.

De este modo, el proceso de desinfección es el producto del tiempo de contacto (t en

minutos) y la concentración residual de cloro libre (C en mg / l), al final de ese tiempo de

contacto. Esto se conoce como el valor de Ct o valor de exposición. Sobre esta base, el

nivel guía de 0,5 mg / l de concentración residual libre, después de 30 minutos de contacto

propuesto, tendría un valor de Ct de 15 mg.min / l. Esto se muestra para proporcionar un

factor de seguridad de 12.5 veces para que se pueda tolerar un grado de ineficiencia en el

rendimiento del tanque de contacto (Garmendia & Vero, 2015).

Eficiencia del cloro en relación con las bacterias, virus entéricos y protozoo.

Casi todas las condiciones del bacilo de la tifoidea y otras bacterias, son al menos tan

susceptibles a la cloración como E coli. Debido a las concentraciones mucho mayores de

E coli, presente en la contaminación de origen humano o animal, es razonable suponer

que, si E. coli está ausente en una muestra de 100 ml, el agua también está libre de

bacterias patógenas. Las esporas de bacterias son más resistentes a la acción del cloro

que las bacterias. Los virus entéricos patógenos, ocurren en cantidades mucho menores

que E. coli, dado que pueden sobrevivir durante largos períodos en el agua y se cree que

la dosis mínima que causa la infección humana es muy baja (Yunac, Yanbc, Fanc, Gurtlerc,

& Phillipsc, 2013).



5.2.4 Comparación de la desinfección UV, frente la desinfección con cloro

A continuación, en el Cuadro 6-7, se muestran los métodos de desinfección, ventajas y

desventajas de la luz UV y el cloro; esto con el propósito de establecer un paralelo, entre

los efectos secundarios que puede ocasionar para la industria agroalimentaria, la

utilización de cada uno de estos métodos.

Cuadro 5-7: Ventajas y desventajas de la luz ultravioleta y el cloro

Desarrollo 65

Fuente: Elaboración propia

De este modo, Gutiérrez, Palou y López (2012), han afirmado que existen ventajas y

desventajas en cuanto al uso de la luz ultravioleta, especialmente en su utilización para la

desinfección de alimentos. Así, algunas de las ventajas pueden llegar fundarse en el hecho

de que esta tecnología no produce residuos químicos y que así mismo requiere poco

mantenimiento, mientras que sus desventajas se relacionan con la baja penetración en

diferentes alimentos; por ejemplo, en lo relativo a que la luz ultravioleta sólo penetra a una

profundidad muy pequeña en la superficie de líquidos que no sean agua.

5.3 Importancia del uso de la luz UV, como alternativa tecnológica y ambientalmente correcta en la desinfección de frutas y hortalizas.

5.3.1 Efectos fisiológicos y de calidad de vegetales

Los principales cambios fisiológicos, a los que conlleva la aplicación de UV, a diferentes

frutas y hortalizas, corresponden en especial a:

Modificación del ADN de los microorganismos

Esto se da, en la medida que la luz UV, mata los organismos que afectan al fruto, además

impide la descomposición. Por tanto, el efecto fisiológico que genera el uso de la luz UV a

los vegetales y frutas, consiste en que afecta el ADN de los microorganismos, causando



mutaciones mediante la separación de la doble hélice, evitando de esta manera la

reproducción de dichos microrganismos (Haro & Guerrero, 2013).

Es así como, este método de desinfección se convierte en una alternativa para el

empresario que busca disminuir agentes clorados y pesticidas tóxicos, que afectan al

medio ambiente. El tiempo de exposición es fundamental para que la fruta y la hortaliza

quedé completamente desinfectada. En términos generales, cuanto mayor sea el tiempo

de exposición de radiación UV, mayor es la eficacia del tratamiento. No obstante, para

muchas industrias que utilizan este procedimiento, resulta complicado calibrar el tiempo de

exposición; puesto que algunas frutas y vegetales, requieren de poco tiempo, ya que esto

depende del tipo de microorganismo (Villarroel, Gonzales, Brito, & Ramos, 2015).

Mejora la calidad del producto.

La luz UV, proporciona a las frutas y hortalizas, una alta calidad nutricional, pues gracias

a la radiación UV, el tomate aumentó antioxidantes, como licopeno, betacaroteno y fenoles,

vitaminas: A, B1, B2, B3, B6, C, K y numerosas sales minerales: potasio, cloro, fósforo,

calcio, azufre, magnesio, sodio, hierro, cobre, zinc, yodo, cobalto, manganeso, cromo,

níquel entre otros (García J. , 2015) (Ver Figura 6-11).

Figura 5-11. Tomate tratado con tecnología UV

Fuente: García J. (2015)

Desarrollo 67

De este modo, se ha evidenciado que la luz UV, permite que los vegetales y las frutas no

solo aumenten los valores nutricionales, sino que también eviten la utilización de

desinfectantes tóxicos. Por tanto, esta luz UV, puede generar hormesis, la cual es

producida por medio de la iniciación de reacción positiva, bajo una dosis mínima de

irradiación. La hormesis en el caso de las vitaminas, en dosis pequeñas, no sólo son

positivas, sino esenciales para la salud, mientras que, en grandes dosis, son peligrosas

para la salud. Por tanto, la luz UV, es una tecnología prometedora para mejorar la calidad

de los productos (Ver Figura 6-12) (Haro & Guerrero, 2013).

Figura 5-12. Ventajas de la luz ultravioleta.

Fuente: Haro & Guerrero (2013).

5.3.2 Cambios fisicoquímicos en frutas tratadas con UV

Es así como los productos vegetales mínimamente procesados son, por regla general, más

perecederos que los productos intactos de los que proceden, siendo por ello su vida útil

concebida en un periodo de tiempo entre siete y diez días. De esta manera las distintas

modificaciones de calidad que presentan se deben esencialmente a la presencia de

superficies cortadas y tejidos vegetales dañados, a que dicho proceso no puede llegar a

asegurar la esterilización o la estabilidad microbiológica del producto y a su metabolismo.

Siendo así, las reacciones de degradación que se producen afectan efectivamente las

cualidades organolépticas tales como el color, firmeza, aroma, sabor y valor nutricional

llevándolos a hacer más susceptibles a perder su calidad en materia higiénica y sanitaria

(Lobo y González 2006).



Según Rodríguez y Narciso (2012), se ha construido un tratamiento óptimo con luz

ultravioleta que puede llegar a aumentar la vida útil de frutas como lo son las fresas,

manzanas y melocotones, lo cual se da debido a la reducción de la tasa de respiración y

la pérdida de peso, reteniendo de esta forma la calidad visual total, retrasando la

maduración, la fuga de electrolitos y manteniendo por ello la firmeza por tiempos más

prolongados en comparación con los controles.

“Con la finalidad de aumentar la vida útil, las condiciones de procesamiento, la dosis de

ultravioleta y los espectros de emisión, se encuentra que estos deben ser optimizados

para generar un producto proveniente de los cultivos, por lo que se ha recomendado

1,0 kJ/ m2 como fluencia óptima para el procesamiento con luz ultravioleta de fresas en

tratamientos superiores, por lo que los autores llegaron a observar pardeamiento y

deshidratación de los sépalos. Estos mismos autores, han encontrado niveles de

fluencia UV-C de aproximadamente 4-5 kJ/m2, los cuales llegan a presentar un efecto

más beneficioso sobre la vida útil y la calidad de frutos” (Millan, et, al, 2015. p. 465)

5.3.3 Efectos benéficos para la agroindustria y para el medio ambiente

Para la agroindustria, la luz UV se ha convertido en un método de desinfección alternativo,

que ayuda a conservar la calidad de las frutas y hortalizas, dado que no produce

alteraciones sensoriales de sabor y aroma al producto, ni tampoco deja residuos; además,

reduce los desórdenes fisiológicos durante el almacenamiento.

Por tanto, la exposición de irradiación UV, puede retrasar los procesos de maduración.

Esto permite a la industria de alimentos, reducir las pérdidas de estos productos por

desórdenes fisiológicos y microorganismos patogénicos. Esto, teniendo en cuenta que la

luz UV, tiene como finalidad, reducir el crecimiento de microorganismos y prolongar la vida

útil de estos productos, modificando las propiedades nutricionales de las frutas y hortalizas,

en la medida que incrementa vitaminas y antioxidantes (Mukhopadhyaya, Ukukub, &

Ukukub, 2015).

Desarrollo 69

Otro aspecto fundamental, consiste en que la luz (UV), es un método de desinfección

amigable con la naturaleza, puesto que no utiliza ningún químico toxico y corrosivo que

afecte al medio ambiente y el ser humano, además, les permite a las agroindustrias

ahorran agua (Ver Figura 6-13) y tiempo, puesto que la UV, no usa subproductos, como

es el caso del método de desinfección con cloro, lo cual requiere de grandes cantidades

de agua, para lavar y desinfectar las frutas y hortalizas; teniendo en cuenta el uso

abundante de agua en las industrias, si no se sabe manipular, estas aguas que contienen

cloro, pueden llegar a los mares, ríos y ocasionar daños a la flora, a la fauna y a la vida

marina (Pastrana, Gardea, Martínez, Rivera, & González, 2007).

Por lo tanto, provoca un desequilibrio al medio ambiente debido que, el cloro reacciona con

la materia orgánica del agua generando cientos de subproductos que son cancerígenos

de carácter volátil y pueden llegar al ser humano a través de la ingestión, inhalación y

absorción dérmica. Por ello la luz ultravioleta se ha convertido en un método alternativo de

desinfección beneficioso tanto para naturaleza como para la agroindustria (Pastrana,

Gardea, Martínez, Rivera, & González, 2007).

Figura 5-13: Gasto de agua en las agroindustrias

Fuente: Pastrana, et al. (2007).

6. Conclusiones y recomendaciones

6.1 Conclusiones

Las industrias agroalimentarias, principalmente las productoras de frutas y hortalizas,

realizan la desinfección de sus productos utilizando agua con cloro, a sabiendas que el

cloro residual es nocivo para el medio ambiente. Por otro lado, la desinfección química de

alimentos utilizando cloro pueden afectar las características organolépticas del alimento.

Existe una técnica alternativa en la desinfección de frutas y hortalizas, la cual consiste en

el uso de la energía de la luz UV, la cual no requiere usar productos químicos. Es así como

la UV contribuye a la desinfección y conservación de los alimentos y a su vez puede

controlar el proceso de maduración de vegetales. La eliminación de los microorganismos

presentes en los vegetales se logra debido a la acción de las ondas electromagnéticas no

ionizantes, pertenecientes a regiones particulares del espectro ultravioleta que produce

ruptura de las cadenas de ADN de los microorganismos.

La luz UV, es un desinfectante de alimentos que ofrece beneficios para la agroindustria y

al medio ambiente, pues a diferencia de otros métodos de desinfección como el químico,

no promueve la formación de productos mutagénicos ni cancerígenos y no deja sabores ni

olores desagradables a las frutas y hortalizas. La luz UV es una alternativa también

saludable, ya que algunas publicaciones demuestran que en el fruto se produce un mayor

número de sustancias antioxidantes y un aumento en el contenido de vitaminas y poder

antioxidante.

La luz ultravioleta es una tecnología agroindustrial amigable con el medio ambiente, una

herramienta de la seguridad alimentaria desde el punto de vista de la inocuidad de los

alimentos y una contribución a la seguridad alimentaria desde el punto de vista del

abastecimiento de los alimentos al ser también una técnica de conservación de estos.

Desarrollo 71

6.2 Recomendaciones

La utilización de la tecnología de luz UV requiere del conocimiento de factores técnicos de

aplicación como el grado de desinfección que se requiere, el tipo de fruta y hortaliza, la

intensidad de radiación, el intervalo de tiempo y la dosis que se debe aplicar.

Es importante verificar las condiciones de los equipos, con cierta frecuencia; esto

garantizará que se obtengan los resultados esperados. Así mismo, el personal que

manipula los equipos de desinfección UV, debe contar con la protección adecuada,

principalmente, en los ojos, puesto que, esta luz, con el tiempo podría causar algún tipo de

consecuencias negativas.

Es recomendado conocer más sobre los diferentes equipos UV usados en alimentos, sus

propiedades, características, ventajas, desventajas y otros aspectos que permitan tener

una información real, para determinar su efectividad.

Además de la aplicación en productos vegetales, es recomendable realizar una revisión

bibliográfica del uso de UV en otro tipo de alimentos con composiciones diversas y niveles

diversos de desinfección.

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