Estudio Del Efecto de La Cavitacion Acustica Sobre La Estabilidad Microbiologica Del Vino

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD TECNOLOGICA

DEPARTAMENTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS

ESTUDIO DEL EFECTO DE LA CAVITACIÓN ACÚSTICA SOBRE LA ESTABILIDAD MICROBIOLOGICA DEL VINO

MEMORIA DEL TRABAJO DE TITULACIÓN PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO EN ALIMENTOS

Director:Dr. Claudio Martínez F.

Co-Directora:Dra. Yolanda Vargas H.

Paula Andrea Guzmán HormazábalMarcelo Patricio Saldías Arce

2005UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD TECNOLOGICA

DEPARTAMENTO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS

ESTUDIO DEL EFECTO DE LA CAVITACIÓN ACÚSTICA SOBRE LA ESTABILIDAD MICROBIOLOGICA DEL VINO

Paula Andrea Guzmán Hormazábal

Marcelo Patricio Saldías Arce2005

Un especial agradecimiento a mis papás por su apoyo incondicional durante toda mi

carrera; y, a los profesores y amigos que hicieron posible la realización de este trabajo.

Paula

A mis padres, quienes creyeron en mí y me apoyaron no solo en mi senda estudiantil, sino que en todo momento.

A mis hermanos y amigos por su ayuda incondicional; y a mi sobrino por la alegría entregada

en los últimos años de carrera.

MarceloAGRADECIMIENTOS

Damos nuestros sinceros agradecimientos a las personas que

trabajaron e hicieron posible la realización de esta tesis.

En especial a nuestro profesor guía, el Doctor Claudio Martínez,

quien nos entrego las herramientas necesarias y el apoyo constante

durante este largo periodo. A la doctora Maria Angélica Ganga y

a todo el equipo del laboratorio de microbiología aplicada (LAMAP).

Además, nuestros agradecimientos a la Co-directora de este proyecto,

Doctora Yolanda Vargas, por sus conocimientos otorgados.

Al profesor Pettorino y a los integrantes del laboratorio de ultrasonidos

del Departamento de Física.

INDICE

RESUMEN..................................................................................................................................1

SUMMARY.................................................................................................................................2

I. INTRODUCCIÓN................................................................................................................3

II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA.............................................................................................5

II.1 EL VINO..........................................................................................................................5II.1.1 Situación económica del vino chileno.....................................................................5II.1.2 Elaboración del vino................................................................................................6II.1.3 Microorganismos en el vino....................................................................................7

II.1.3.1 Levaduras en la fermentación.........................................................................7II.1.3.2 Bacterias lácticas en el vino............................................................................8

II.1.4 Enfermedades del vino...........................................................................................9

II.2 LOS ULTRASONIDOS..................................................................................................11II.2.1 Ondas sonoras......................................................................................................11II.2.2 Tipos de ondas......................................................................................................11II.2.3 Características de las ondas.................................................................................12II.2.4 Ultrasonidos..........................................................................................................12II.2.5 Transductores.......................................................................................................13

II.3 CAVITACIÓN ACÚSTICA.............................................................................................14II.3.1 Descripción del fenómeno.....................................................................................14II.3.2 Efectos de la cavitación acústica..........................................................................14

II.3.2.1 Aumento de presión y temperatura...............................................................14II.3.2.2 Cambios en la viscosidad..............................................................................15II.3.2.3 Inactivación de enzimas................................................................................15II.3.2.4 Inactivación de microorganismos..................................................................16

II.4 LOS ULTRASONIDOS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS......................................17II.4.1 Desespumación....................................................................................................17II.4.2 Deshidratación......................................................................................................18II.4.3 Determinación del grado de madurez en quesos.................................................19

III. HIPÓTESIS.......................................................................................................................20

IV. OBJETIVOS.....................................................................................................................20

V. MATERIALES Y MÉTODOS............................................................................................21

V.1 DISEÑO EXPERIMENTAL............................................................................................21

V.2 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS DE LEVADURAS PARA ENSAYOS EN SOLUCIÓN DE REFERENCIA.....................................................................................23

V.3 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS DE LEVADURAS PARA ENSAYOS EN VINO..............................................................................................................................23

V.4 ADAPTACIÓN FÍSICA DE LOS SISTEMAS ULTRASÓNICOS...................................24

V.5 ENSAYOS ULTRASÓNICOS.......................................................................................26V.5.1 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada........26V.5.2 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica................27V.5.3 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica, empleando sistema de agitación.............................................................................................................28

V.6 RECUENTO DE CÉLULAS SOBREVIVIENTES..........................................................30

V.7 MEDICIÓN DEL CAMPO ACÚSTICO..........................................................................30

V.8 MORFOLOGÍA DE LAS CÉLULAS IRRADIADAS........................................................31

V.9 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS DATOS.................................................................32

V.10 ANÁLISIS QUÍMICOS...................................................................................................32V.10.1 Determinación de la acidez total...........................................................................32V.10.2 Determinación de la acidez volátil.........................................................................32V.10.3 Determinación del pH............................................................................................32

V.11 ANÁLISIS FÍSICOS.......................................................................................................32V.11.1 Determinación de la densidad...............................................................................32V.11.2 Determinación de la viscosidad............................................................................33V.11.3 Determinación de la tensión superficial................................................................33V.11.4 Determinación de la intensidad colorante (IC)......................................................34

V.12 EVALUACIÓN SENSORIAL.........................................................................................35

V.13 ENSAYOS ULTRASÓNICOS COMPLEMENTARIOS..................................................36V.13.1 Baño ultrasónico...................................................................................................36V.13.2 Celda ultrasónica..................................................................................................37

VI. RESULTADOS.................................................................................................................38

VI.1 ENSAYOS ULTRASÓNICOS.......................................................................................38VI.1.1 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada........38

VI.1.1.1 Diseño experimental 22.................................................................................38VI.1.1.2 Diseño experimental 32.................................................................................42

VI.1.2 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica................45VI.1.2.1 Cavitación con 200 mL de suspensión de levaduras....................................45VI.1.2.2 Cavitación empleando agitación...................................................................47VI.1.2.3 Cavitación con 100 mL de suspensión de levaduras....................................49

VI.2 ANÁLISIS QUÍMICOS, FÍSICOS Y SENSORIALES.....................................................56

VI.3 MORFOLOGÍA CELULAR............................................................................................60

VI.4 ENSAYOS ULTRASÓNICOS COMPLEMENTARIOS..................................................61VI.4.1 Baño ultrasónico...................................................................................................61VI.4.2 Celda ultrasónica..................................................................................................63

VII. DISCUSIONES.................................................................................................................66

VII.1 Sobrevida celular...........................................................................................................66

VII.2 Incremento de temperatura...........................................................................................67

VII.3 Campo acústico.............................................................................................................68

VII.4 Estructura celular..........................................................................................................68

VII.5 Análisis químicos...........................................................................................................68

VII.6 Análisis físicos...............................................................................................................69

VII.7 Evaluación sensorial.....................................................................................................70

VII.8 Evaluación económica..................................................................................................71

VIII. CONCLUSIONES.............................................................................................................72

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................73

X. ANEXOS...........................................................................................................................76

X.1 EVALUACIÓN SENSORIAL.........................................................................................76

X.2 EVALUACIÓN ECONOMICA........................................................................................77

X.3 GLOSARIO DE TÉRMINOS FÍSICOS..........................................................................78

INDICE DE GRÁFICOS

Gráfico VI.1. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y combinaciones según diseño experimental 22...................................................................................................39

Gráfico VI.2. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y según las combinaciones del diseño experimental 22....................................................................40

Gráfico VI.3. Gráfico de superficie de respuesta de la sobrevida celular obtenida con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada, utilizando combinaciones según diseño experimental 22...................................................................................................41

Gráfico VI.4. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y combinaciones según diseño experimental 32...................................................................................................43

Gráfico VI.5. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y según las combinaciones del diseño experimental 32....................................................................43

Gráfico VI.6. Gráfico de superficie de respuesta de la sobrevida celular obtenida con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada, utilizando combinaciones según diseño experimental 32...................................................................................................44

Gráfico VI.7. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 200 mL de muestra.

........................................................................................................................46

Gráfico VI.8. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 200 mL de muestra.

........................................................................................................................47

Gráfico VI.9. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica y sistema de agitación.........48

Gráfico VI.10. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica y sistema de agitación. ....................................................................................................................49


....................................................................................................................51

Gráfico VI.12. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra. ....................................................................................................................51

Gráfico VI.13. Gráfico de superficie de respuesta de la sobrevida celular obtenida con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra................52

Gráfico VI.14. Efectos principales de la sobrevida con respecto a la potencia y tiempo de exposición en el ensayo con el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra.........................................................................................................53

Gráfico VI.15. Efectos principales en la variación de temperatura con respecto a la potencia y tiempo de exposición en el ensayo con el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra............................................................................54

Gráfico VI.16. Estudio del campo acústico en el sistema con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica..................................................................................................................55

Gráfico VI.17. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando baño ultrasónico..........................................................................................61

Gráfico VI.18. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura en el baño ultrasónico, a distintos tiempos de exposición.............................................62

Gráfico VI.19. Valor del campo acústico en el interior de la celda ultrasónica, antes y después de ajustar los modos de vibración...................................................................63

Gráfico VI.20. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas en la celda ultrasónica a 40 W durante 15 minutos................................................................65

Gráfico VI.21. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar tres muestras de levaduras empleando la celda ultrasónica.....................................................................65

INDICE DE TABLAS

Tabla II.1. Cuadro resumen de las enfermedades del vino....................................................10

Tabla V.1. Combinaciones de potencia y tiempo según diseño experimental 22...................22

Tabla V.2. Combinaciones de potencia y tiempo según diseño experimental 32...................22

Tabla VI.1. Parámetros físicos del ensayo con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada utilizando diseño experimental 22................................................................38

Tabla VI.2. Condiciones óptimas de tiempo y potencia según gráfico de superficie de respuesta del diseño experimental 22 para obtener la mínima sobrevida......................41

Tabla VI.3. Parámetros físicos del ensayo con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada utilizando diseño experimental 32................................................................42

Tabla VI.4. Condiciones óptimas de tiempo y potencia según gráfico de superficie de respuesta del diseño experimental 32 para obtener la mínima sobrevida......................44

Tabla VI.5. Parámetros físicos para la adaptación del sistema ultrasónico, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 200 mL de muestra................45

Tabla VI.6. Parámetros físicos para la adaptación del sistema ultrasónico, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica y sistema de agitación…………..............48

Tabla VI.7. Parámetros físicos para la adaptación del sistema ultrasónico, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra................50

Tabla VI.8. Análisis químicos, físicos y sensoriales realizados al vino tinto...........................56

Tabla VI.9. Comparación de parámetros colorimétricos entre vino tinto cavitado y vino tinto no cavitado.....................................................................................................................57

Tabla VI.10. Análisis químicos y físicos realizados al vino blanco............................................58

Tabla VI.11. Comparación de parámetros colorimétricos entre vino blanco no cavitado y vino blanco cavitado...............................................................................................................59

Tabla VI.12. Parámetros físicos de los transductores luego del ajuste de posición en la celda............................................................................................................................64

Tabla X.1. Tabla para interpretación de resultados de la prueba triangular...........................76

Tabla X.2. Evaluación económica de diversos sistemas ultrasónicos ofrecidos en el mercado.

…………………………………………………………………………………………….77

INDICE DE FIGURAS

Figura II.1. Esquema de la “implosión” de una microburbuja...................................................14

Figura II.2. Control de espuma en una cadena de embotellamiento. .....................................18

Figura II.3. Deshidratación de alimentos por ultrasonidos........................................................19

Figura V.1. Analizador de impedancia Hewlett Packard Modelo 4194 A..................................24

Figura V.2. Montaje del sistema ultrasónico.............................................................................25

Figura V.3. Sistema ultrasónico con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada..........27

Figura V.4. Sistema ultrasónico con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica. ................28

Figura V.5. Sistema ultrasónico con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica y sistema de agitación. .......................................................................................................................29

Figura V.6. Sistema ultrasónico con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica. ................29

Figura V.7. Montaje del sistema para la medición del campo acústico actuante. ....................31

Figura V.8. Tensiómetro DuNouy..............................................................................................34

Figura V.9. Baño ultrasónico. ..................................................................................................36

Figura V.10.Celda ultrasónica con muestras de 200 mL.......................................................... 37

Figura VI.1. Microfotografías de células de levaduras Saccharomyces cerevisiae, antes y después de ser sometidas a los ultrasonidos................................................................ 60

INDICE DE ECUACIONES

Ecuación V.1. Impedancia del transductor piezoeléctrico.........................................................24

Ecuación V.2. Tension superficial real......................................................................................33

Ecuación V.3. Intensidad colorante del vino blanco..................................................................34

Ecuación V.4. Intensidad colorante del vino tinto.....................................................................34

Ecuación VI.1 Porcentaje de sobrevida celular teórica para el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica......................................................................................................................53

RESUMEN

Los ultrasonidos de potencia aplicados a alimentos traen una serie de beneficios que

recién se han comenzado a estudiar, entre los que destacan la deshidratación de alimentos y

la destrucción microbiana. De hecho, los ultrasonidos de potencia generan en un medio líquido

un fenómeno físico llamado cavitación acústica, el cual se basa en la formación de

microburbujas que implotan generando un chorro de energía que impacta a las células

microbianas adyacentes, produciendo en ellas daño físico con la consiguiente pérdida de

viabilidad.

El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de la cavitación acústica en la carga

microbiana del vino y al mismo tiempo en las características físicas, químicas y sensoriales de

éste. Se irradió con transductores piezoeléctricos tipo bocina escalonada y cónica insertos en

muestras de vino bajos en alcohol a las cuales se agregó una suspensión controlada de

levaduras, determinando al final del ensayo el número de células viables. Las muestras se

irradiaron en intervalos de potencia y tiempo que variaron entre 1-60 Watts y 1-25 minutos.

Para los análisis químicos, físicos y sensoriales se irradiaron muestras de vino tinto y blanco;

entre los análisis realizados cabe destacar la densidad, índice colorimétrico, acidez volátil y

tensión superficial. La evaluación sensorial indicó que no existen diferencias significativas

entre las muestras de vino cavitado y no cavitado.

Los resultados obtenidos en esta investigación indican que la cavitación acústica puede

ser un método efectivo para la destrucción microbiana presente en vinos, teniendo mínimo o

nulo efecto sobre las características físicas y químicas del producto.

1

SUMMARY

The high power ultrasound applied in food may be an effective process of microbial

decontamination. In fact, high intensity ultrasound generates a physical phenomenon called

acoustic cavitation, which is based on the formation of micro bubbles. This cavitation bubbles

after irregular oscillations implode, producing damage on the cells.

This work investigates the effects of acoustic cavitation on wine microorganisms, and on

the physical, chemical and sensorial characteristics of the wine. The wine samples were

inoculated with Saccharomyces cerevisiae and the ultrasonic treatments were carried out in

piezoelectric transducers. Samples were irradiated to intervals of power (1-60 Watts) and time

(1-25 minutes) determining viable yeast number. To study of physical, chemical and sensorial

analysis, the samples were not inoculated with yeast. Different analyses were performed,

including density, colour index, acidity and surface tension. The sensorial evaluation and

physical and chemical analysis showed mainly there were not bigger differences between

irradiated and not irradiated wine samples.

2

I. INTRODUCCIÓN

El objetivo de este proyecto de tesis fue evaluar las posibilidades del uso de la tecnología

de los ultrasonidos como técnica de control microbiológico en la elaboración del vino.

Es sabido que los microorganismos son un factor de suma importancia en la elaboración del

vino. Las levaduras, principalmente Saccharomyces cerevisiae, son las responsables de formar

el alcohol a través de la fermentación de los azúcares del mosto. Por otra parte, las bacterias

acidolácticas disminuyen la acidez del vino por medio de la fermentación maloláctica. Sin

embargo, en algunas etapas del proceso, la presencia de microorganismos provoca

alteraciones en el vino que son perjudiciales para sus características organolépticas y, por

ende, afectan de manera considerable la calidad del producto final.

Entre algunos fenómenos causados por microorganismos se encuentran: la excesiva

producción de ácido acético (causante del aumento de acidez del vino), el picado láctico

(excesiva producción de ácido láctico y/o acético por fermentación de los azúcares), la vuelta

manilítica (producción de manitol a partir de fructosa por las bacterias lácticas

heterofermentativas), ahilado o grasa (formación de polisacáridos que dan al vino un aspecto

oleoso y viscoso), olor a mantequilla (ocasionado por un exceso de diacétilo), amargor (debido

a la transformación de glicerol en acroleína, la cual se combina con los antocianos) y la

formación de aminas biogénicas, como la histamina, putrescina y cadaverina (generadas por

Pediococcus spp, Lactobacillus heterofermentativos y Oeneococcus oeni, principalmente)

(Pardo, 2003).

Lamentablemente, algunos métodos para controlar la contaminación microbiana en el vino

no son completamente efectivos e inclusive pueden causar problemas en su calidad al alterar

algunas de sus características organolépticas.

Algunos de estos métodos son:

- Utilización de dióxido de azufre (SO2): Se usa habitualmente en la etapa anterior a la

fermentación alcohólica para inhibir el crecimiento de levaduras y bacterias indeseadas, pero

su problema es la alteración del sabor y la toxicidad que presenta si se aumenta su

concentración.

3

- Microfiltración: Este método de control es bastante eficaz para eliminar microorganismos e

impurezas del vino, pero se corre el riesgo de perder color, aroma y cuerpo, dependiendo del

tamaño de los poros del filtro.

- Uso de inhibidores microbianos: Según la Ley Nº 18.455 (sobre producción, elaboración y

comercialización de alcoholes), el uso de antibióticos está prohibido. Sin embargo, esta práctica

se sigue aplicando en algunas viñas artesanales.

En este trabajo se analiza la potencialidad de la tecnología de ultrasonidos como método de

control microbiológico en vinos. Esta tecnología se produce al aplicar un campo acústico en un

medio líquido, generando burbujas de cavitación. El ultrasonido produce una diferencia de

presión en el medio acuoso que da como resultado la formación de microburbujas que

implotan. Esto genera un chorro de líquido de gran poder que impacta a las células microbianas

provocándoles un daño físico, que sería el responsable de su destrucción y la consiguiente

desinfección del líquido. Para este efecto se tomó como patrón de estudio la levadura

Saccharomyces cerevisiae, ya que es el microorganismo de mayor importancia en la

elaboración del vino, es de fácil disponibilidad, reproducibilidad y no representa mayores

riesgos durante su manipulación. Esta última condición fue necesaria para trabajar con este

microorganismo fuera del laboratorio de microbiología. Los resultados obtenidos con ésta

levadura podrían ser representativos para los demás microorganismos presentes en el vino.

4

II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

II.1 EL VINO

II.1.1 Situación económica del vino chileno

Según la Ley de Alcoholes Nº 18.455, artículo 16°, “vino” es la fermentación alcohólica del

mosto de uvas frescas o asoleadas de la especie Vitis vinífera.

En Chile la producción de esta bebida ha tomado gran relevancia económica en la última

década. El vino es de los productos chilenos que más relevancia tiene en el mercado

internacional, incluso más que el local, ya que dos tercios de la producción se envían hacia el

exterior. El clima y suelo presentes en el país, lo hacen apto para la elaboración de un producto

de excelente calidad frente a competidores extranjeros.

Los principales importadores de vino chileno son Estados Unidos e Inglaterra, con 7 y 6

millones de litros de vino embotellado, respectivamente. Luego están Alemania, Dinamarca,

Japón, Canadá, Holanda e Irlanda con importaciones que superan 1 millón de litros (Viñas de

Chile, período enero-mayo 2005).

La globalización económica y la incorporación de nuevos países productores de vino, han

generado una alta competencia en los mercados internacionales, siendo esto un estímulo para

encontrar nuevas tecnologías que permitan mejorar la calidad del producto, donde el tema

microbiológico es de gran impacto.

5

II.1.3 Elaboración del vino

La elaboración del vino comienza con la vendimia, donde se cosechan las uvas que

presentan una madurez avanzada (20% de sólidos solubles, aproximadamente). Para controlar

a los microorganismos y levaduras naturales que puedan contaminar los racimos de uva se

agrega anhídrido sulfuroso (SO2). Si la cosecha es manual, resultan racimos más sanos que si

se cosecha a máquina, ya que ésta golpea los frutos y los daña, favoreciendo la contaminación

de los racimos. Mientras más dañados estén los frutos, más anhídrido sulfuroso deberá

agregarse, lo que afectará directamente los sabores y aromas del vino, obteniéndose un

producto de calidad inferior.

Las “levaduras salvajes” no son deseadas, ya que poseen reducido poder fermentativo,

bajo rendimiento alcohólico, generan grandes cantidades de ácidos volátiles y ésteres, tienen

menor resistencia al alcohol y las características organolépticas que puedan aportar al vino son

desconocidas. Por el contrario las levaduras que son favorecidas son las llamadas “levaduras

seleccionadas” que corresponden a cepas de las especies Saccharomyces cerevisiae,

Saccharomyces ellipsoideus y Saccharomyces pastorianus, las que se seleccionan de acuerdo

a sus características fermentativas (Vergara, 1994).

El pie de cuba se elabora con la cepa de levadura seleccionada inoculado en jugo de uva.

En este caldo nutritivo se reproducirá la levadura seleccionada hasta lograr una cantidad

suficiente para la fermentación. Posteriormente y una vez prensada la uva vendimiada se le

incorporan las levaduras seleccionadas, provenientes del pie de cuba, para comenzar la

fermentación (Vergara, 1994).

Cuando la densidad del mosto alcanza 1.070 g/cc termina la fermentación alcohólica o

primaria obteniéndose el vino como tal; después se da inicio a la fermentación maloláctica o

secundaria (realizada por bacterias acidolácticas) hasta obtener un vino de 990 g/cc de vino,

aproximadamente. Para los vinos tintos la fermentación dura entre 3 y 5 días a unos 24 °C,

mientras que para los vinos blancos dura de 7 a varias semanas entre 7 y 21 °C. Además de la

densidad, durante el proceso se debe ir controlando la temperatura. Dado que la fermentación

es una reacción exotérmica sube la temperatura del sistema, acelerando el metabolismo de las

levaduras, por lo que consumen más rápido el oxigeno y los nutrientes, y generan más alcohol

etílico, ácidos y dióxido de carbono (Vergara, 1994).

6

Otro factor importante a tener en consideración es la hermeticidad del sistema, ya que si la

fermentación no se realiza en anaerobiosis podrían desarrollarse microorganismos indeseados

o generarse compuestos inaceptables en el vino, como el ácido acético (Vergara, 1994).

Si se desea obtener vinos frutosos, aromáticos y pigmentados, se debe fermentar el jugo de

uva junto con los orujos, la pulpa y las semillas. Los orujos son ricos en antocianinas, las que

se solubilizan en el alcohol formado durante la fermentación, al igual que los aceites de las

semillas, los que aportan suavidad al vino.

Terminada la fermentación alcohólica se obtiene el vino gota y el vino prensa; este último

proviene del prensado de las partes sólidas y es de menor calidad. La acidez de ambos vinos

es provocada principalmente por el ácido tartárico y el ácido málico; si se desea obtener un

vino con menor grado de acidez se puede realizar una segunda fermentación para transformar

el ácido málico en ácido láctico, que tiene una acidez menor. Esta fermentación maloláctica es

llevada a cabo por bacterias lácticas, principalmente Oeneococcus oeni, poseedora de la

enzima málica. Este vino será de mejor calidad y tendrá mayor valor agregado (Vogt, 1985).

II.1.4 Microorganismos en el vino

II.1.4.1 Levaduras en la fermentación

En la elaboración tradicional del vino, la fermentación depende de la presencia natural de

levaduras en el mosto. Inicialmente Saccharomyces cerevisiae no es importante

numéricamente, siendo las levaduras dominantes en esta etapa: Candida stellata,

Hanseniaspora uvarum, Metschnikowia pulcherrima y Pichia anomala. La situación geográfica

del viñedo y las condiciones climáticas durante el crecimiento de las vides influye en la

microbiota presente en una viña.

Además de las levaduras, los hongos filamentosos y las bacterias acidolácticas también

están presentes al comienzo de la fermentación. Los hongos aparecen en las primeras etapas

de la fermentación, mientras que las bacterias ácido lácticas actúan terminada la fermentación

alcohólica, cuando desciende el número de Saccharomyces y comienza la fermentación

maloláctica.

7

La adición de dióxido de azufre (SO2) al mosto reduce el número total de levaduras

salvajes, ya que inhibe hongos y bacterias, favoreciéndose la supervivencia de levaduras

resistentes como S. cerevisiae y S. ludwigii.

S. cerevisiae generalmente se convierte en la levadura predominante según avanza la

fermentación y la concentración creciente de etanol va inhibiendo a otras levaduras. Sin

embargo, los patrones de sucesiones microbianas pueden ser modificados por la temperatura;

a 25 °C pueden predominar S. exiguus y Zygosaccharomyces bailii. A 10 °C S. cerevisiae

domina, pero además están en gran cantidad Klockera apiculata, Candida stellata y Candida

krusei (Varnam, 1997).

II.1.4.2 Bacterias lácticas en el vino

Terminada la fermentación alcohólica, en el vino aún quedan remanentes de glucosa y

fructosa, que son la principal fuente de energía de las bacterias lácticas responsables de la

fermentación maloláctica o segunda fermentación. Las bacterias lácticas pueden ser

homofermentativas o heterofermentativas, pero para realizar la degradación del ácido málico en

ácido láctico necesitan la enzima maloláctica, hasta el momento, presente en todas las

bacterias lácticas aisladas en vinos.

Algunas bacterias lácticas del vino, como Pediococcus damnosus, Leuconostoc

mesenteroides y Lactobacillus brevis, generan polisacáridos extracelulares, tales como

lévanos, dextranos, glucanos y heteropolisacáridos. Estos compuestos dan viscosidad al vino.

Otras son capaces de metabolizar los aminoácidos que hay en el mosto o en el vino y de dar

lugar a aminas biógenas o a precursores del carbamato de etilo, ambos productos son

considerados peligrosos para la salud humana. Las aminas biógenas son indeseables en todos

los alimentos y bebidas, porque absorbidas en alta concentración pueden producir dolores de

cabeza, alteraciones respiratorias, palpitaciones cardíacas, hiper o hipotensión y fenómenos de

alergia. Por su parte, el carbamato de etilo es considerado como un compuesto cancerígeno

(Pardo, 2003).

Los principales ácidos orgánicos presentes en el mosto son el ácido tartárico, ácido málico,

ácido cítrico, ácido ascórbico y glucónico. Como consecuencia de la fermentación de origen

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bacteriano pueden aparecer los ácidos pirúvico o D-láctico, succínico, acético, citramálico,

axalacético y fumárico. Las bacterias lácticas degradan mayoritariamente el ácido málico,

cítrico y no con mucha frecuencia el tartárico. Entre las bacterias que degradan el ácido málico

y tartárico, se encuentran principalmente: Lactobacillus plantarun, Lactobacillus brevis y

Oenococcus oeni (Pardo, 2003).

De todas las actividades metabólicas que las bacterias lácticas pueden llevar a cabo en el

vino, la única deseada es la fermentación maloláctica, que es beneficiosa para disminuir la

excesiva acidez de los vinos. El resto de las actividades conducen generalmente a alteraciones

del vino (Pardo, 2003).

II.1.5 Enfermedades del vino.

Desde el prensado hasta el embotellado el vino está expuesto al peligro de sufrir daños que

pueden llegar a motivar su completo deterioro. Estos cambios con influencia negativa sobre la

calidad de los vinos reciben los nombres de tacha, defectos o enfermedades, según su

intensidad y características. Entre las tachas o deficiencias se incluye un contenido demasiado

escaso de alcohol, carencia de pigmento, de buqué, de cuerpo, etc.

Los defectos del vino están originados por procesos físicos o químicos que ocurren en éste

al captar sustancias extrañas y se manifiestan en variaciones indeseables de aspecto, olor y

sabor (Vogt, 1985).

Reciben el nombre de enfermedades del vino todos aquellos cambios perjudiciales

provocados por “microorganismos”. Obedecen a las modificaciones o alteraciones de

determinados componentes del vino, causados por bacterias, levaduras u hongos y a la

formación de sustancias nuevas indeseables. Estas últimas pueden incluso afectar a la aptitud

del vino para el consumo, es decir, que no sólo afectan a los carácteres sensoriales. Es

frecuente que en las enfermedades se superpongan varios procesos microbianos, que por ello

mismo son difícilmente diferenciables en la práctica (Vogt, 1985).

9

Tabla II.1. Cuadro resumen de las enfermedades del vino

Enfermedad Microorganismo AlteraciónFlorecido Levaduras genero Candida, Pichia y

Hansenula Telilla superficial grisácea de hasta 1 cm. de espesor.

Avinagrado Bacterias Acetobacter xylinum,A. rancens, A. mesoxydans, A. aceti, A. ascendens, A. suboxydans y A. pasteurianum.

El vino es transformado en ácido acético.

Picado láctico y fermentación manítica.

Bacteria Bacterium mannitopoeum y B. gracile.

Penetrante sabor ácido dulce y olor peculiar que recuerda el de las coles frescas fermentadas. Los vinos suelen estar turbios.

Arratonado Bacteria Bacterium mannitopoeum. Gran cantidad de ácidos volátiles y sabor picante.

Viscosidad Bacteria Pediococcus cerevisiae, Pediococcus damnosus, Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, hongo Dematium pallidum

El vino se torna espeso y viscoso con burbujas en la superficie.

Descomposición del ácido tartárico y de la glicerina

Bacterias Bacterium tartarophtorum y B. tartarophtorum .

Transformación del color rojo a marrón, enturbiamiento, sedimento pardo.

Amargor del vino tinto Bacterias, hongos y levaduras. Sabor amargo, color parduzco, enturbiamiento y sedimento castaño

Enturbiamientos por la sal cálcica del ácido múcico

Hongo Botrytis. En vinos embotellados causa el depósito de cristales.

Enturbiamientos por levaduras

Levaduras en gemación Enturbiamiento, gran cantidad de CO2, sabor penetrante.

Enturbiamientos por bacterias y levaduras múcicas.

Levaduras del genero Cándida, Torulopsis, Brettanomyces.

Enturbiamiento del vino con espesamiento y sabor picante.

(Vogt, 1985).

10

II.2 LOS ULTRASONIDOS

II.2.1 Ondas sonoras

Físicamente el sonido es una perturbación que se propaga en un medio elástico. Cuando

en alguna región del aire se produce una perturbación de presión, por ejemplo en forma de

compresión, esta región se expande hacia regiones vecinas. Esto produce a su vez una

compresión en dichas regiones, que volverán a expandirse creando una compresión más lejos

todavía. Este proceso se desarrolla en forma continua haciendo que la perturbación original se

propague a través del aire alcanzando en algún momento la posición que ocupa algún receptor

(por ejemplo un micrófono o un oído). El exceso de presión característico de la perturbación

descrita se denomina presión sonora (Kieffer, 2002).

II.2.3 Tipos de ondas

Este tipo de movimiento, en el cual no es el medio en si mismo sino alguna perturbación lo

que se desplaza, se denomina onda. Cuando la onda tiene lugar en un medio líquido o gaseoso

se denomina onda acústica. Cuando resulta audible se llama onda sonora (Alvarenga, 1983).

Existen muchos tipos de ondas, tales como las ondas de radio, la luz, la radiación del calor,

las ondas sobre la superficie de un lago, los tsunamis, los movimientos sísmicos, etc.

Las ondas mecánicas (sonoras) se diferencian en varios tipos, dependiendo de la relación

existente entre la dirección del movimiento de las partículas de materia con la dirección de

propagación de la onda. Si el movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de

propagación de la onda misma, se denominan ondas transversales. Al contrario, si el

movimiento de las partículas de una onda sonora es de vaivén a lo largo de la dirección de

propagación, se habla de ondas longitudinales. Existen ondas que poseen dos o más

direcciones de propagación de energía, las cuales se denominan ondas bi y tridimensionales.

11

II.2.4 Características de las ondas

El tipo de onda más común es la sinusoidal, que presenta características de suma

importancia en el estudio de la acústica, tales como amplitud (A) o desplazamiento máximo de

la curva, longitud de onda (λ) o distancia entre dos puntos adyacentes de la onda que tengan la

misma fase, periodo (T) o tiempo necesario para que un punto en cualquier coordenada “x”

efectúe un ciclo completo de movimiento transversal, y frecuencia (f) o ciclos por segundo de

una onda (Sonic, 1997).

La onda longitudinal más conocida es la onda sonora y de acuerdo a su frecuencia de

emisión podemos clasificar el sonido en: subsónicos o infrasonidos cuando las ondas se sitúan

debajo de los 20 Hz (por ejemplo las ondas generadas por sismos), sonidos propiamente tal

cuando las ondas se sitúan entre los 20Hz y 20kHz (todos aquellos sonidos percibidos por el

ser humano), y finalmente ultrasonidos cuando las ondas se sitúan sobre los 20 kHz (aquellos

utilizados en ecografías y radares submarinos) (Sonic, 1997).

II.2.5 Ultrasonidos

En 1880 los hermanos Pierre y Paul-Jacques Curie descubrieron el llamado “efecto

piezoeléctrico”, que consiste en la capacidad de un cristal o cerámica piezoeléctrica de generar

una carga eléctrica cuando son sometidos a presión. Al pasar los años se comprobó que

realizando el experimento de manera inversa, es decir, al aplicar un campo eléctrico, las

moléculas de los cristales se separan y se unen produciendo una vibración, una oscilación en

el aire que les envuelve, o de otra manera, produciendo una onda ultrasónica (UIB, 2003).

Los ultrasonidos también se pueden agrupar en función de la intensidad acústica, es decir

la potencia aplicada por área. De esta manera si la intensidad acústica es inferior a 1 W/cm 2 se

denominan ultrasonidos de baja intensidad. Estos tienen la propiedad de no generar daño

mecánico, siendo esta la razón de su uso en el estudio de diversos materiales, desde un hueso

humano hasta la soldadura de un barco (Gallego y otros, 2000). Cuando la intensidad acústica

es superior a 1 W/cm2 se habla de ultrasonidos de alta intensidad. Estos poseen la

característica de afectar mecánicamente al material estudiado, e incluso afectar a todo un

proceso o a una reacción química. Entre los efectos producidos se encuentra la cavitación

acústica, que es la formación de burbujas de vapor localizadas dentro de un líquido que se

12

encuentra en reposo y que en cierto momento "implotan", generando un chorro de líquido de

gran energía, responsable del daño a los sólidos presentes (Blamey, 2000).

II.2.6 Transductores

El dispositivo utilizado para generar ondas ultrasónicas se denomina transductor, elemento

que puede transformar la energía eléctrica en energía mecánica y, en consecuencia,

igualmente en energía acústica. Los de mayor uso son aquellos que emplean la tecnología

piezoeléctrica. Esta consiste en utilizar las características de ciertos materiales cerámicos que

modifican sus tensiones elásticas internas y su forma cuando se les aplica un campo eléctrico.

Cada transductor está fabricado juntando dos cerámicas piezoeléctricas la una bajo la otra,

entre las dos partes metálicas de aluminio o acero y apretadas con un tornillo, constituyendo un

sándwich pretensado.

El conjunto está calculado de forma que constituya una estructura mecánica con una

frecuencia propia de oscilación (frecuencia de resonancia). Se obtiene así un sistema

resonante capaz de aumentar la amplitud del movimiento de las superficies de las cerámicas

piezoeléctricas cuando se aplique a estas últimas el campo eléctrico alterno, normalmente con

varios cientos de voltios de tensión, y cuya frecuencia coincida exactamente con la resonancia

mecánica (CM Electronics, 2004).

13

II.3 CAVITACIÓN ACÚSTICA

II.3.1 Descripción del fenómeno

El sonido se transporta a través del líquido como una onda, con ciclos alternados de

compresión y expansión. Si la onda de expansión es lo suficientemente poderosa, pueden

generarse presiones negativas que traen como resultado que las moléculas comiencen a

separarse formando microcavidades (Vergara, 2003). Estas microcavidades crecen

acompañando los ciclos de presión y dependiendo de la intensidad del sonido. Durante los

ciclos de expansión, la presión negativa que se ejerce sobre las burbujas hace que en ellas se

acumulen pequeñas cantidades de gases disueltos, y durante los de compresión, los diámetros

de estas burbujas aumentan trayendo como resultado un aumento gradual del tamaño hasta

llegar, en cierto momento, al colapso violento de las burbujas y a una gran liberación de

energía (figura II.1).

Figura II.1. Esquema de la “implosión” de una microburbuja. En una primera instancia se forman las

microburbujas (A) y, por efecto de la presión ultrasónica, se comprimen (B) trayendo como efecto una

implosión (C) que termina finalmente en el colapso de la burbuja (D).

II.3.3 Efectos de la cavitación acústica

II.3.3.1 Aumento de presión y temperatura

El colapso de las burbujas establece un ambiente inusual para las reacciones químicas. Los

gases y vapores del interior de la cavidad son comprimidos de tal forma que generan intenso

calor y crean regiones o puntos calientes, con presiones de 500 atm y temperaturas de hasta

5000 K. Si bien la temperatura de estos puntos es extraordinariamente alta, la región en si es

tan pequeña que el calor se disipa rápidamente.

14

Las primeras reacciones químicas en el líquido se dan a causa de estas extremas

condiciones. Las altas temperaturas y presiones generadas, proveen la energía de activación

requerida para la fragmentación de las moléculas (rotura de enlaces), generando moléculas

mas pequeñas o radicales libres (Kuldiloke, 2002).

II.3.3.2 Cambios en la viscosidad

Cuando un fluido es sometido a radiaciones ultrasónicas de alta intensidad, se produce

agitación mecánica y fuerzas de cizalla que afectan las propiedades estructurales de éste,

principalmente la viscosidad. Los fluidos newtonianos luego del tratamiento ultrasónico

mantienen sus características newtonianas, sin embargo, los fluidos dilatantes y tixotrópicos

tienden a ponerse más rígidos o menos viscosos, respectivamente. Los ultrasonidos de alta

intensidad en fluidos newtonianos producen violenta agitación que puede utilizarse para

dispersar partículas. En las interfaces líquido/sólido o gas/sólido las ondas acústicas causan

una turbulencia extrema conocida como “corriente acústica” o “microcavidades”. Esto genera

un incremento en la transferencia convectiva de masa y una considerable aceleración en la

difusión. Este último efecto permitiría reducir el tiempo de secado en la deshidratación de

productos alimenticios (Kuldiloke, 2002).

II.3.3.3 Inactivación de enzimas

Un prolongado período de exposición a los ultrasonidos de alta intensidad puede producir

una inactivación enzimática, que se debe probablemente a la intensa presión existente, altas

temperaturas y formación de radicales libres (Miranda y otros, 1998). Algunas enzimas como la

catalasa, invertasa y pepsinas son muy resistentes al tratamiento ultrasónico, sin embargo,

cuando éste se combina con un proceso térmico cercano a los 61 ºC genera un gran efecto,

siendo de gran ayuda en la inactivación de la enzima peroxidasa (indicador de tratamientos

térmicos). La resistencia de la enzima depende de la potencia aplicada, la geometría del

instrumento y el volumen tratado (De la Fuente y otros, 2004).

15

II.3.3.4 Inactivación de microorganismos

El ultrasonido de alta intensidad se ha usado para facilitar la descontaminación microbiana

de agua y varios tipos de alimentos (Mason y otros, 2003b). Efecto que se debe probablemente

a la destrucción de la pared celular de los microorganismos debido a las variaciones de

presión, fuerzas de corte y altas temperaturas generadas. El ultrasonido resulta ser más

efectivo cuando se utiliza en combinación con otras técnicas de descontaminación, tales como

calor, pH extremo o cloración (Guerrero y otros, 2001). Sin embargo, la resistencia a los

ultrasonidos varia ampliamente entre las distintas especies microbianas. Generalmente, los

microorganismos de mayor tamaño son más sensibles que los de menor tamaño, los Gram

positivos más que los Gram negativos y los aerobios más que las especies anaerobias (Mason

y otros, 2003a).

16

II.4 LOS ULTRASONIDOS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Las aplicaciones de los ultrasonidos de alta intensidad son aquellas en que la energía

ultrasónica se utiliza para producir efectos permanentes en el medio tratado. El uso de esta

técnica en la industria de alimentos es mínima, en particular la aplicación de ultrasonidos de

alta potencia en fluidos y medios multifásicos (líquidos con partículas sólidas), debiéndose esto

a la complejidad de los mecanismos básicos involucrados y a las dificultades existentes en la

generación de ultrasonidos de alta intensidad (Gallego, 1998).

Como se dijo anteriormente, los efectos permanentes que se producen con el ultrasonido

de alta intensidad se deben a las variaciones de presión de gran amplitud, que traen como

consecuencia: corrientes acústicas, cavitación, calor, agitación, inestabilidades en las

interfases, fricción, difusión y rotura mecánica (Gallego y otros, 2000).

Las características anteriores han permitido el uso del ultrasonido en el campo de los

alimentos en diversos procesos descritos a continuación.

II.4.1 Desespumación

La espuma causa, en general, dificultades en el control del proceso y en el manejo de los

equipos. Un ejemplo típico es el de la fermentación industrial donde la espuma representa uno

de los mayores problemas.

El ultrasonido se incluye dentro de los métodos mecánicos de ruptura de burbujas,

constituyendo las ondas ultrasónicas un medio limpio para romper espumas. En cadenas de

embotellamiento y/o enlatado, la radiación ultrasónica en aire se enfoca en el área de trabajo

donde el exceso de espuma es destruido rápidamente para evitar pérdidas de líquido (figura

II.2). Se utilizan transductores focalizados que operan a frecuencias de 20 kHz y con potencias

de aproximadamente 150 W (Gallego y otros, 2000).

17

Figura II.2. Control de espuma en una cadena de embotellamiento. Se emplean transductores

focalizados que trabajan en forma paralela. La velocidad de la banda permite irradiar 20 latas por

segundo y el consumo de energía es de tan solo 5 mW*h / lata.

II.4.3 Deshidratación

La deshidratación es un método para preservar alimentos. En la actualidad se utilizan

principalmente dos sistemas: el secado por aire caliente y la liofilización (De la Fuente y otros,

2004).

El secado por aire caliente es un método ampliamente utilizado, que puede producir

deterioro en el alimento. En la liofilización, en el que las piezas son primeramente congeladas y

luego sublimadas, el deterioro del producto es despreciable, pero el proceso resulta costoso

(De la Fuente y otros, 2005).

El sistema de secado ultrasónico combina el aire caliente con la energía ultrasónica, siendo

su ventaja la menor temperatura del aire. Los ultrasonidos de alta intensidad aplicados a través

del aire introducen variaciones de presión en las interfases gas/líquido, aumentando la tasa de

evaporación de la humedad (De la Fuente y otros, 2005). Durante la fase negativa del ciclo de

presión la humedad se elimina y no vuelve a entrar durante la fase de presión positiva. Este

mecanismo es más eficaz cuando la superficie del material está completamente cubierta de

humedad. En un sistema de secado por aire forzado, el efecto de la velocidad del aire influye

18

en la transferencia de calor y de masa (De la Fuente y otros, 2004). La energía acústica

produce un efecto de variación de velocidad que puede incrementar la tasa de secado con una

velocidad estable del aire (figura II.3). Además, los ultrasonidos de alta intensidad propagados

por aire causan microcorrientes, en las interfases. Esto reduce la capa límite de difusión (De la

Fuente y Gallego, 2003).

Figura II.3. Deshidratación de alimentos por ultrasonidos. El dispositivo consiste básicamente en un

generador de aire caliente, un transductor ultrasónico de potencia de placa escalonada con el generador

electrónico correspondiente y una placa plana paralela al radiador ultrasónico, actuando como soporte de

las muestras. Además, se utilizan otros aparatos complementarios para medir la temperatura, la

velocidad de flujo de aire, el campo acústico y el peso.

II.4.4 Determinación del grado de madurez en quesos

La madurez de un queso depende de las condiciones de humedad y temperatura a las

cuales se somete. Para determinar si las piezas de un mismo lote alcanzan igual humedad,

éstas se someten a ondas ultrasónicas de baja intensidad y se mide la señal después de

atravesar el queso. De esta forma se logra conocer el grado de madurez del queso (UIB, 2003).

Otra aplicación del ultrasonido en quesos es en la etapa de curado. El proceso de salar el

queso es largo y provoca un volumen considerable de salmuera, cuya eliminación es

problemática. Los ultrasonidos de potencia facilitan la deshidratación del queso y la entrada de

la sal de una manera más rápida, siendo ellos los catalizadores de esta reacción. De esta

manera no sería necesario sucesivas inmersiones en agua con sal.

19

III. HIPÓTESIS

Si la cavitación acústica es capaz de destruir estructuras celulares, entonces puede ser un

efectivo mecanismo de control microbiológico en la elaboración del vino

IV. OBJETIVOS

General

Evaluar experimentalmente el efecto que tiene la cavitación acústica sobre las

características microbiológicas, químicas y sensoriales del vino.

Específicos

a) Evaluar porcentaje de sobrevida del microorganismo versus tiempo y potencia

de aplicación de ultrasonidos.

b) Observar la morfología celular luego de la aplicación de ultrasonidos.

c) Observar cambios de color en el vino tratado con ultrasonidos.

d) Realizar análisis químicos, físicos y sensoriales al vino tratado con ultrasonidos.

20

V. MATERIALES Y MÉTODOS

Con el objeto de comprobar la efectividad que tienen los ultrasonidos en la inhibición de

microorganismos, se montaron diferentes sistemas experimentales con los que se generó el

fenómeno de cavitación acústica en el interior de recipientes que contenían las muestras a

estudiar. Estos sistemas básicamente consistían en un transductor piezoeléctrico conectado a

un generador de ultrasonidos, un medidor de potencia y un adaptador de impedancia; el

transductor fue sumergido en la superficie del líquido usado como muestra. La variable

dependiente fue el porcentaje de sobrevida de células viables, mientras que las variables

independientes fueron el tiempo y la potencia de aplicación de los ultrasonidos.

V.1 DISEÑO EXPERIMENTAL

El número de ensayos realizados se determinó con el diseño experimental factorial 2k. Este

modelo involucra K factores (tiempo y potencia) y dos niveles para éstos (máximo y mínimo).

Es decir, se ensayó con un diseño experimental 22.

Las variables estudiadas y los valores máximos y mínimos escogidos para ellas fueron

analizadas con el programa STATGRAPHICS 4.0 PLUS, el cual arrojó una combinación de 8

experimentos, a los que se sumó la repetición del punto central 4 veces, dando un total de 12

combinaciones (Tabla V.1).

Se trabajó con un rango de potencias entre 10 y 50 Watts, debido a que a mayores

potencias la temperatura subía demasiado y ésta podía interferir en los resultados, ya que una

disminución en la viabilidad podría deberse a la temperatura y no a la cavitación. El tiempo de

irradiación ultrasónica se estableció entre 5 y 20 minutos, por considerarse un tiempo

razonable. La frecuencia de trabajo se mantuvo entre 15 y 21 kHz, ya que los instrumentos

trabajaban en ese rango.

Paralelamente se estudió un diseño experimental de mayor complejidad, el 32, con el objeto

de verificar si existían diferencias entre los resultados obtenidos con este modelo y el del 22 que

era de mayor simpleza. La combinación de tiempo y potencia del diseño experimental 32 se

muestra en la tabla V.2.

21

Tabla V.2. Combinaciones de potencia y tiempo según diseño experimental 22.

Combinación Potencia (W) Tiempo (min)1 30 12,52 58 12,53 1,8 12,54 30 12,55 30 12,56 10 20,07 30 1,88 30 12,59 10 5,0

10 50 5,011 50 20,012 50 23,0

Tabla V.3. Combinaciones de potencia y tiempo según diseño experimental 32.

Combinación Potencia (W) Tiempo (min)1 30 5,02 30 12,53 50 12,54 10 5,05 50 5,06 50 20,07 30 12,58 10 20,09 30 12,5

10 30 20,011 30 12,512 10 12,513 30 12,514 30 12,5

22

V.2 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS DE LEVADURAS PARA ENSAYOS EN

SOLUCIÓN DE REFERENCIA.

Se realizó un cultivo de levadura S. cerevisiae en caldo YPD, preparado con una mezcla de

extracto de levadura al 1%, peptona al 2% y glucosa al 2%, esterilizado en autoclave a 121 ºC

por 20 minutos. Este medio líquido luego de la inoculación con la levadura se incubo a 28 °C

con agitación constante durante 24 horas. Al final del período de incubación el número de

células alcanzó los 107 cel/mL. Luego se centrífugo a 9000 rpm por 15 minutos, el

sobrenadante fue separado y las levaduras fueron resuspendidas en tampón KCl 0,1 M. La

suspensión de levaduras usadas como muestra se preparó diluyéndolas en el mismo tampón.

Las muestras de levaduras fueron mantenidas en hielo hasta ser sometidas a los tratamientos

que se indican en este trabajo.

V.3 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS DE LEVADURAS PARA ENSAYOS EN VINO.

Se utilizó vino tinto y blanco embotellado, marca 120 de viña Santa Rita, de graduación

alcohólica 11,5 g/L. Debido a que la levadura ve dificultado su crecimiento en concentraciones

alcohólicas superiores a 13 g/L, se debió destilar previamente el alcohol etílico. Además, el vino

fue filtrado a través de una membrana de 0,45 μm de poro para eliminar cualquier otro posible

microorganismo.

Para evaluar si los componentes propios del vino ejercían algún efecto sobre la viabilidad

de las levaduras, se inoculo este medio con S. cerevisiae y se incubó a 28 °C durante 4 horas.

Cada una hora se retiró muestra del cultivo para determinar el número de células viables

mediante plaqueo en superficie de agar YPD. Las muestras de vino incubadas con levaduras

se mantuvieron en hielo para su posterior irradiación ultrasónica.

23

V.4 ADAPTACIÓN FÍSICA DE LOS SISTEMAS ULTRASÓNICOS

El sistema de excitación electrónico que se emplea en el experimento tiene una impedancia

de salida de 50 Ω y solo puede conectarse un elemento que sea resistivo. Como los

transductores ultrasónicos que se emplean en este tipo de estudios, dadas sus características

de diseño y materiales que lo conforman, presentan una carga reactiva de cara al sistema

electrónico, es necesario adaptar eléctricamente el dispositivo. Para ello se determina por

medio de un analizador de impedancias Hewlett Packard 4194A (figura V.1) los parámetros

eléctricos del circuito equivalente que mejor modelan su comportamiento eléctrico. Con estos

parámetros se calcula, mediante la ecuación V.1, la inductancia que se conectara en paralelo al

sistema transductor cámara de cavitación para eliminar la capacidad interelectródica de este.

Además el valor de la impedancia del sistema completo se emplea para diseñar y construir un

transformador de impedancias que constituya una red de adaptación de dos puertos

presentando en la entrada una impedancia de 50 Ω y por la salida la impedancia del

dispositivo.

Ecuación V.1: L= [4 x π2 x f2 * Cb]-1

Donde:

L : Impedancia del transductor piezoeléctrico (mH.)

f : Frecuencia del transductor (Hz.)

Cb: Condensador o capacitor (nF.)

Figura V.4. Analizador de impedancia Hewlett Packard Modelo 4194 A.

24

Figura V.5. Montaje del sistema ultrasónico. El generador de potencia, responsable de la energía

necesaria para producir cavitación acústica, se conecta a un medidor de potencia analógico. Por otra

parte el adaptador de impedancia, el cual impide que se refleje la energía que entrega el generador, se

conectan en forma paralela al transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica, este último se sitúa en la

superficie del líquido que está contenido en un vaso precipitado.

Finalmente, el sistema se instaló como se muestra en la figura V.2. Se empleó un

generador ultrasónico de potencia con una capacidad máxima de 500 Watts marca CSIC

modelo LC-9601, éste se conectó a un medidor de potencia analógico marca ENI EMB modelo

2K 250. Además se utilizó un adaptador de impedancia el que finalmente se conectó con el

transductor piezoeléctrico correspondiente.

Transductor piezoeléctrico

Generador de

potencia

Medidor de potencia

Adaptador de impedancia

25

V.5 ENSAYOS ULTRASÓNICOS

Todas las experiencias de aplicación de ultrasonidos se llevaron a cabo en el Laboratorio de

Ultrasonidos de la Facultad de Ciencia de la Universidad de Santiago de Chile.

V.5.1 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada.

Primero, se revisaron las condiciones de trabajo del transductor piezoeléctrico y se procedió

a la adaptación física del sistema, tal como se indica en el punto V.4. Luego, se preparó una

suspensión de levaduras en medio KCl 0,1 M, como se describe en el punto V.2, y se vació 5

mL de ésta en 12 tubos de ensayo de 20 mL de capacidad. Las 12 muestras de levaduras se

cavitaron según las combinaciones entregadas por el diseño experimental 22 (Tabla V.1).

Para estudiar el diseño experimental 32 se prepararon 14 tubos de ensayo con 5 mL de

suspensión de levaduras. Las combinaciones de tiempo y potencia de cavitación se muestran

en la tabla V.2.

Para realizar la cavitación, se introdujo el transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada

en los tubos de ensayo y se sumergió 2 mm. dentro de las muestra de levaduras. El montaje

del sistema se ilustra en la figura V.3. Con un termómetro de mercurio se midió la temperatura

de cada muestra antes y después de la irradiación ultrasónica.

Luego de cavitar las muestras de levaduras en tampón KCl 0,1M, se realizó el mismo

experimento con levaduras en vino tinto y vino blanco. Las muestras de levaduras en vino

fueron preparadas como se indica en el punto V.3.

26

Figura V.6. Sistema ultrasónico con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada. La fotografía

muestra el generador de potencia ultrasónico (atrás) y el transductor piezoeléctrico tipo bocina

escalonada (al frente) inserto en un tubo de ensayo de 20 mL de capacidad con 5 mL de suspensión de

levaduras. La flecha indica la inmersión del transductor en el líquido.

V.5.3 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica.

Se adaptó el sistema ultrasónico como se indica en el punto V.4. Se preparó una

suspensión de levaduras S. cerevisiae en tampón KCl 0,1 M, como se explica en el punto V.2.

De ésta se agregaron 200 mL a un vaso precipitado de 250 mL de capacidad y se midió su

temperatura inicial. Luego, se introdujo el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica en el

vaso precipitado hasta sumergir 2 mm. de éste en la suspensión de levaduras, como se

muestra en la figura V.4, y se aplicó ultrasonidos utilizando una potencia de 10 W durante 15

minutos. Se trabajó en un rango de frecuencia de 15 – 20 kHz. Terminada la cavitación

ultrasónica se midió la temperatura final de la muestra. El procedimiento anterior también se

llevó a cabo con potencias de 20, 40 y 60 W. Todos los ensayos se realizaron por duplicado.

27

Figura V.7. Sistema ultrasónico con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica. En la fotografía se

aprecia la conexión en paralelo entre el adaptador de impedancia y el medidor de potencia. El vaso

precipitado de 250 mL de capacidad contiene 200 mL de suspensión de levaduras y el transductor se

sumerge aproximadamente 2 milímetros.

V.5.4 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica, empleando

sistema de agitación.

Se preparó una suspensión de levaduras S. cerevisiae en tampón KCl 0,1 M como se indica

en el punto V.2. Se adaptó el transductor piezoeléctrico como se indica en el punto V.4 y se

introdujo en la suspensión de levaduras hasta quedar sumergido 2 mm. Bajo el vaso

precipitado se colocó un agitador magnético Heidoph MR 3001 K (figura V.5).

La cavitación se llevó a cabo de la siguiente forma: 200 mL de suspensión de levadura

utilizando agitación durante la cavitación, 100 mL de suspensión de levaduras sin agitación

durante la cavitación y 100 mL de suspensión de levaduras con agitación. Se utilizó una

potencia de 40 W durante 15 minutos.

La temperatura de cada muestra antes y después de ser sometidas a los ultrasonidos se

midió con termómetro de mercurio.

28

Figura V.8. Sistema ultrasónico con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica y sistema de agitación.

La fotografía muestra un agitador magnético inserto en el vaso precipitado de 250 mL de capacidad con

200 mL de suspensión de levaduras. El transductor se sumerge aproximadamente 2 milímetros en el

líquido.

Para ensayar el diseño experimental 22, propuesto en el punto V.1 se preparó una

suspensión de levaduras en tampón KCl 0,1 M, como se indica en el punto V.2 y se vació 100

mL de ésta en un vaso precipitado de 500 mL (figura V.6). Se prepararon 12 vasos con 100 mL

de muestra y se cavitaron sin agitación según el diseño experimental (Tabla V.1). Al igual que

en los ensayos anteriores, la temperatura de las muestras se midió antes y después de cada

irradiación ultrasónica, por medio de un termómetro de mercurio. Con éste mismo sistema se

cavitaron muestras de 100 mL de vino tinto y vino blanco a una potencia de 58 W durante 23

minutos.

Figura V.9. Sistema ultrasónico con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica. La fotografía muestra

la inserción del transductor en un vaso precipitado de 500 mL de capacidad con 100 mL de vino tinto. Al

igual que en los sistemas anteriores la conexión entre el medidor de potencia y el adaptador de

impedancia es en paralelo.

29

V.6 RECUENTO DE CÉLULAS SOBREVIVIENTES

El porcentaje de levaduras sobrevivientes se determinó mediante plaqueo en superficie, en

agar YPD. Se usaron dos placas para cada dilución (10-3, 10-4 y 10-5) y se incubaron a 28 °C

durante 48 horas.

Una muestra de la suspensión inicial de levaduras, preparada como se indica en el punto

V.2, fue plaqueada antes de iniciar los ensayos , con el fin de conocer el número inicial de

células viables existentes al tiempo cero (100% de sobrevida). El porcentaje de sobrevida se

obtuvo relacionando la cantidad de levaduras al tiempo cero con los recuentos obtenidos

después de las irradiaciones ultrasónicas. En los resultados de sobrevida se consideró la

dilución en la que sus dos placas contenían un número similar de unidades formadoras de

colonias (UFC) y además se encontraban homogéneamente distribuidas.

V.7 MEDICIÓN DEL CAMPO ACÚSTICO

Se implementó un recipiente de PVC con 600 mL de agua destilada en el que se colocó el

transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica por el fondo y se introdujo en el centro de la

superficie del líquido una sonda de PVDF (Fluoruro de polivinilo) calibrada (figura V.7).

La sonda se conectó a un osciloscopio Tektronik TDS 320 que registró las variaciones de

frecuencia que ocurrían al ir variando la potencia y entregó la señal medida como el promedio

de amplitud de las ondas (mV). El osciloscopio se conectó a un computador a través de una

tarjeta de conexión. Los datos fueron registrados en computador por medio de un software

diseñado en QBASIC que se programó para registrar las mediciones cada 5 segundos durante

2 minutos. Luego, con el valor de la calibración de la sonda se calculó la presión acústica (atm)

en el líquido. La medición se realizó para 10, 20, 30, 40, 50 y 60 Watts de potencia.

30

Figura V.10. Montaje del sistema para la medición del campo acústico actuante. El generador de

potencia ultrasónico se conecta con el medidor de potencia y este último, al igual que el adaptador de

impedancia, con el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica. En la superficie del líquido se sitúa una

sonda conectada a un osciloscopio que mide la diferencia de voltaje en mV. Por ultimo, a través de una

tarjeta especial, se conecta el osciloscopio con un computador que registra los datos.

V.8 MORFOLOGÍA DE LAS CÉLULAS IRRADIADAS.

Se tomó con una micropipeta una muestra de suspensión de levadura irradiada y se colocó

en un portaobjeto, luego se adicionó una gota de azul de algodón y se tapó con un cubre

objeto. El portaobjeto se llevó a un microscopio óptico acoplado con una cámara digital Nikon

Coolpix 4500 y se obtuvo la microfotografía. El mismo procedimiento se realizó con una

muestra de levadura sin irradiar.

31

Generador de potencia

Adaptador de impedancia

Medidor de potencia

Osciloscopio

PC

Transductor

Sonda

V.9 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS DATOS

Los datos recopilados de las pruebas donde se empleo el diseño experimental, se

analizaron con el software estadístico STATGRAPHICS 4.0 PLUS. Mediante éste se obtuvo el

punto óptimo de destrucción celular, en cuanto a tiempo y potencia de exposición a la radiación

ultrasónica, además de los gráficos de efectos principales.

V.10 ANÁLISIS QUÍMICOS

V.9.1 Determinación de la acidez total

La acidez total se determinó mediante potenciometría. Los resultados fueron expresados

como (g/L) de ácido sulfúrico y (g/L) de ácido tartárico (Bourdeau y Scarpa, 1998).

V.10.3 Determinación de la acidez volátil

La acidez volátil se determinó según el método Blarez. Los resultados se expresaron como

(g/L) de ácido acético (Bourdeau y Scarpa, 1998).

V.10.4 Determinación del pH

El pH se midió mediante pHmetro digital marca HANNNA modelo 200.

V.11 ANÁLISIS FÍSICOS

V.10.1 Determinación de la densidad

La densidad se determinó utilizando un picnómetro y se expresó en (g/mL). Las mediciones

se realizaron a 20 °C.

32

V.11.3 Determinación de la viscosidad

La viscosidad se determinó utilizando un viscosímetro capilar de vidrio y se expresó en

(Kg/m*s).

V.11.4 Determinación de la tensión superficial

La tensión superficial se determinó por medio del método del anillo, para lo cual se empleó

un tensiómetro DuNouy (figura V.8).

El equipo se calibró con anterioridad a la medición de acuerdo al procedimiento establecido

en el manual del equipo, norma internacional CSC Nº 70535. Para ello el instrumento se situó

en una superficie lisa (a) y se niveló por medio de los tornillos de ajuste de nivel (g). La limpieza

del anillo (c) se hizo con acetona y el recipiente donde se colocó la muestra (placa petri) con

agua destilada y acetona.

La muestra de vino se colocó en la placa petri, cubriendo aproximadamente hasta dos

tercios de su altura. Luego, por medio del tornillo de ajuste de la base de la muestra (f) y del

brazo que sujeta al anillo (b), se centró el anillo en la placa y se sumergió unos 5 mm en el

líquido. Manteniendo el índice en línea, se comenzó a levantar el anillo mediante (h) y al mismo

tiempo se bajó la muestra con el tornillo (i) hasta que el anillo quebró la película de líquido.

Finalizado este proceso se leyó en el dinamómetro (e) la medida de la tensión superficial

aparente de la muestra, la que se reemplazó en la ecuación V.2 para obtener la tensión

superficial real.

Ecuación V.2. F = 1,084 + 0,000333 [P/(D-d)]

Donde:

F : Tensión superficial real (dinas/cm).

P : Tensión superficial aparente (dinas/cm).

D : Densidad del liquido (g/cm3).

d : Densidad del aire saturado (g/cm3).

33

Figura V.11. Tensiómetro DuNouy. Este equipo consta de una base metálica (a) en la cual se sostienen

todos los componentes: el brazo que sujeta el anillo (b), el anillo de platino-iridio (c), la base que sostiene

la muestra (d) y el dinamómetro que mide la fuerza aplicada para levantar el anillo (e). Además de los

tornillos de ajuste de la muestra (f), base (g) y movimiento del anillo (h, i).

V.11.5 Determinación de la intensidad colorante (IC)

La intensidad colorante se determinó mediante espectrofotometría. Las muestras de vino se

filtraron a través de una membrana de 0,45 m y se colocaron en cubetas de vidrio de 1 cm.

Para vino tinto se midió la absorbancia (A) a 420, 520 y 620 nm, y para vino blanco se midió a

420 nm. Se usó agua destilada como blanco. Con los valores obtenidos se calculó la intensidad

colorante según las siguientes ecuaciones:

Ecuación V.3 IC vino blanco = A 420

Ecuación V.4 IC vino tinto = A 420 + A 520 + A 620

Además, se graficó el espectro de absorción de las muestras de vino (cavitadas y no

cavitadas) con el objeto de determinar el punto en que presentaban la absorción máxima y

comparar los resultados antes y después de la cavitación (Bourdeau y Scarpa, 1998). Para las

muestras de vino blanco se realizó un barrido de absorción entre 300 y 500 nm; ya que, los

pigmentos taninos (amarillos) presentan mayor absorción a 420 nm. Para las muestras de vino

tinto se realizó el barrido de absorción entre 300 y 800 nm para abarcar los pigmentos

34

antocianos (azules) y flavonoides (rojos) que presentan una mayor absorción a 520 y 620 nm,

respectivamente. Todas las mediciones se realizaron por duplicado.

V.12 EVALUACIÓN SENSORIAL

La evaluación sensorial se realizó en el Edificio de Alimentos de la Universidad de Santiago

de Chile y el grupo evaluador estuvo conformado por funcionarios y estudiantes del mismo.

Para realizar la evaluación sensorial con jueces que presentasen algún grado de

sensibilidad olfativa y degustativa, primero, se pre-seleccionó a 20 personas que bebiesen vino

regularmente y se les aplicó una prueba triangular. La prueba triangular es una prueba

discriminativa en la que se desea conocer si la persona encuentra diferencia entre dos o más

muestras. Consiste en colocar tres muestras ante la persona, dos de las cuales son iguales y

una es diferente, y solicitarle que indique cúal es la muestra diferente (Anzaldúa, 1994). La

interpretación de los resultados se llevó a cabo mediante tabla. En la tabla se encuentra, para

el número de jueces que participan en la prueba, el número mínimo de respuestas correctas

para establecer si existe diferencia significativa entre las muestras (anexo X.1).

Para la prueba triangular se escogieron dos vinos de cepas distintas, pero de igual marca y

calidad (merlot y syrah de la línea León de Tarapacá Gold), los que son muy similares en

apariencia, sabor y aroma.

De las 20 personas evaluadas se seleccionó a 12 de ellas, que fueron las personas

capaces de detectar diferencia entre las muestras, ya sea, por sabor o por aroma. Por lo tanto,

el panel catador quedó integrado finalmente por 12 jueces.

Para determinar si existían diferencias significativas entre las muestras de vino cavitado y

no cavitado, se realizó nuevamente una prueba triangular, en la que se utilizaron muestras de

vino tinto cavitado y no cavitado y se solicitó a los 12 jueces seleccionados que identificasen la

muestra diferente. Lo mismo se hizo para determinar si existían diferencias entre el vino blanco

cavitado y no cavitado.

35

V.13 ENSAYOS ULTRASÓNICOS COMPLEMENTARIOS

V.11.1 Baño ultrasónico

Se preparó una suspensión de levaduras en tampón KCl 0,1 M (punto V.2) y se colocó 50

mL de ésta suspensión en vasos precipitados de 250 mL. Al baño ultrasónico (figura V.9) se le

adicionó agua hasta una altura de 3,2 cm y se introdujo 3 vasos precipitados con muestras de

levadura; luego, se encendió el equipo para comenzar la irradiación de las levaduras. La

primera muestra se mantuvo irradiando durante 5 minutos y luego se retiró; la segunda muestra

se retiró a los 12,5 minutos y el tercer vaso con muestra se retiró a los 20 minutos de

irradiación. A todas las muestras se les midió la temperatura antes y después de la irradiación

ultrasónica. Para determinar la sobrevida de las muestras tratadas, se realizó un recuento en

placa, tal como se describe en el punto V.6. La experiencia con el baño ultrasónico se realizó

por duplicado.

Figura V.12. Baño ultrasónico. En este sistema la cavitación se produce debido a que las paredes del

equipo vibran, por lo que los ultrasonidos se irradian hacia las muestras en todas direcciones, excepto

por arriba generando un campo acústico difuso.

36

V.13.3 Celda ultrasónica

Para la adaptación del sistema, la celda ultrasónica (figura V.10) se llenó con 800 mL de

agua destilada y se analizaron los parámetros físicos de cada transductor para luego obtener la

inductancia de cada uno por medio de la ecuación V.1.

Para medir el campo acústico que se generó debido a la irradiación de ambos

transductores, se realizó un barrido de voltaje RMS dentro de la celda ultrasónica, pasando por

el interior del vaso precipitado. Para esto se colocó una sonda calibrada dentro de la celda y se

registró el voltaje cada 5 mm de distancia. Con el valor de la calibración de la sonda se

determinó el nivel de presión acústica dentro de la celda.

Se prepararon 6 vasos precipitados de 250 mL con 200 mL de suspensión de levaduras

tampón KCl 0,1M. La cavitación se llevó a cabo durante 15 minutos con una potencia de 40 W

para cada muestra. Al igual que en los casos anteriores, la temperatura se midió antes y

después del proceso ultrasónico y la sobrevida celular se determinó mediante recuento en

placa (punto V.6).

Figura V.13. Celda ultrasónica con muestras de 200 mL. Este sistema se compone de dos

transductores piezoeléctricos que generan ultrasonidos hacia una celda de 1.331 cm3, la cual se llena

con agua y se coloca en su interior la muestra a irradiar

37

VI. RESULTADOS

VI.1 ENSAYOS ULTRASÓNICOS

VI.1.1 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada

VI.1.1.1 Diseño experimental 22

Como se mencionó en el capitulo anterior, se realizaron dos diseños experimentales para

determinar que efecto tienen las variables, tiempo de tratamiento y potencia de cavitación,

sobre la sobrevida celular y descubrir si estas variables interaccionan entre ellas (Montgomery,

1991). Esto permitió obtener la información con el mínimo número de experimentos y con la

menor incertidumbre posible, ya que los errores aleatorios de las respuestas se promediaron.

Como uno de los objetivos de esta tesis fue la inhibición microbiana, se empleó, para

generar cavitación acústica, en una primera instancia, un transductor piezoeléctrico tipo bocina

escalonada bajo las combinaciones (tiempo y potencia) entregadas por el diseño experimental

22 (Tabla V.1). Con el objeto de impedir una pérdida de energía en el sistema se realizó en

agua destilada una lectura de las variables físicas del transductor piezoeléctrico tipo bocina

escalonada. Las medidas de estas variables se muestran en la Tabla VI.1. Por medio de la

ecuación V.1 se calculó la inductancia (L) y se acopló al sistema, por medio de un adaptador

de impedancia.

Tabla VI.4. Parámetros físicos del ensayo con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada utilizando diseño experimental 22.

Parámetro ValorRango de frecuencia 21.500-22.000 Hz.Fo 21.708,75 Hz.Z 60 Circuito equivalenteR 56,851 L 433,107 mH.Ca 124,093 pF.Cb 11,048 nF.L calculado 4,9 mH.

38

Luego de la adaptación física se realizó la irradiación ultrasónica a 12 muestras de 5 mL

cada una de una suspensión de levaduras en tampón KCl, en vino tinto y vino blanco,

inicialmente y como se conocía de estudios anteriores que el fenómeno de cavitación acústica

conlleva una variación de temperatura (Kuldiloke, 2002), se midió esta respuesta antes y

después de la irradiación. Estos resultados se aprecian en el gráfico VI.1 y se observa que a

mayores tiempos de exposición y potencia aplicada, el incremento de temperatura es mayor,

existiendo una mayor dependencia con la potencia aplicada.

La desviación estándar de las combinaciones se realizó por medio de los resultados del

punto central (30 Watts y 12,5 minutos), debido a que éste se repitió 3 veces.

Gráfico VI.1. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y combinaciones según diseño experimental 22.

Los resultados de la sobrevida celular (en las tres matrices ensayadas) obtenidos con el

transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y las combinaciones del diseño experimental

22 se muestran en el gráfico VI.2. En éste se observó, al igual que con la temperatura, que la

sobrevida celular disminuye al aumentar el tiempo de exposición y la potencia aplicada. Cabe

destacar, que para el ensayo con vino blanco, la inhibición celular alcanzó un 99,9 % en la

39

combinación de 58 Watts y 12,5 minutos. La desviación estándar de las distintas

combinaciones se obtuvo por medio del resultado del punto central.

Gráfico VI.2. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y según las combinaciones del diseño experimental 22.

Con los datos de sobrevida celular se construyó, mediante el programa STATGRAPHICS

4.0 PLUS, el gráfico de superficie de respuesta para los tres ensayos realizados. Debido a que

la respuesta fue similar se muestra a modo de ejemplo la superficie de respuesta del ensayo

ultrasónico en suspensión de levaduras en tampón KCl (gráfico VI.3). Este gráfico representa

en tres dimensiones las variables tiempo, potencia y porcentaje de sobrevida celular,

generando un manto en el cual el pico cóncavo representa las condiciones óptimas para la

máxima inhibición celular. En todos los análisis estadísticos desarrollados, se consideró un

nivel de confianza de 95%.

40

Gráfico VI.3. Gráfico de superficie de respuesta de la sobrevida celular obtenida con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada, utilizando combinaciones según diseño experimental 22.

Utilizando las herramientas disponibles en el programa estadístico, se obtuvo las

condiciones óptimas para la mínima sobrevida celular. Estas combinaciones óptimas de tiempo

y potencia (para los tres ensayos) se muestran en la tabla VI.2. El promedio obtenido de las

tres combinaciones fue de 16,3 ± 2,3 minutos y 42,0 ± 2,0 Watts.

Tabla VI.5. Condiciones óptimas de tiempo y potencia según gráfico de superficie de respuesta del diseño experimental 22 para obtener la mínima sobrevida.

Tiempoóptimo

Potenciaóptima

Ensayo en tampón KCl 19 min. 40 WEnsayo en vino tinto bajo en alcohol 15 min. 42 WEnsayo en vino blanco bajo en alcohol 15 min. 44 W

41

VI.1.1.2 Diseño experimental 32

Con el objeto de justificar el uso de un modelo experimental simple (22), se compararon los

resultados de éste con los obtenidos en un diseño experimental más complejo, el 32. Este

último presenta un mayor número de experiencias y una mayor dificultad al momento de

analizar estadísticamente los datos. Para este efecto se utilizó el mismo transductor del ensayo

anterior (punto VI.1.2.1), la diferencia radicó en el número de experimentos (14) y las

combinaciones de tiempo y potencia. Al igual que en el ensayo anterior se realizó,

primeramente, una adaptación física del transductor piezoeléctrico. Las medidas de las

variables involucradas se muestran en la tabla VI.3. La inductancia (L) calculada por medio de

la ecuación V.1 fue prácticamente igual a la obtenida antes. El valor más heterogéneo fue el de

la impedancia (Z), lo que se debe a los conductores usados (cables de conexión), y a la

dificultad que presentó colocar el transductor en la misma posición.

Tabla VI.6. Parámetros físicos del ensayo con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada utilizando diseño experimental 32.

Parámetro ValorRango de frecuencia 21.500-22.000 Hz.Fo 21.790,00 Hz.Z 87,0378 Circuito equivalenteR 85,3249 L 409,178 mH.Ca 130,376 pF.Cb 10,5755 nF.L calculado 5,04 mH.

La irradiación ultrasónica se realizó únicamente a 14 muestras, cada una de 5 mL, de

suspensión de levaduras en tampón KCl y según la combinación de tiempo potencia del diseño

experimental 32 (Tabla V.2). Al igual que en el ensayo anterior, la temperatura se midió antes y

después de la exposición a los ultrasonidos. Los resultados de la variación de temperatura se

muestran en el gráfico VI.4. Aquí se observa nuevamente una mayor variación de la

temperatura al aumentar la potencia de aplicación, mayor al obtenido con respecto al tiempo de

tratamiento.

42

Gráfico VI.4. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y combinaciones según diseño experimental 32.

En cuanto a sobrevida celular los resultados se muestran en el gráfico VI.5. En éste se

aprecia claramente una disminución de la sobrevida celular al aumentar la potencia de

aplicación. Para potencias de aplicación de 10 a 50 Watts la sobrevida disminuye en un 99,85

% al exponer la suspensión durante 20 minutos y 89,45% para una exposición de 5 minutos.

Gráfico VI.5. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada y según las combinaciones del diseño experimental 32.

43

Al igual que en el diseño experimental 22, se construyó para los resultados de sobrevida del

modelo 32, un gráfico de superficie de respuesta para obtener las condiciones óptimas de

inhibición celular (gráfico VI.6).

Gráfico VI.6. Gráfico de superficie de respuesta de la sobrevida celular obtenida con transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada, utilizando combinaciones según diseño experimental 32.

La combinación óptima de inhibición celular se muestra en la tabla VI.4. Esta combinación

es similar a la obtenida en el ensayo con suspensión de levaduras realizado con el diseño

experimental 22. De esta manera se corroboró que ambos diseños experimentales eran

factibles para la respuesta sobrevida celular, por lo que se optó por el primer modelo para los

ensayos posteriores.

Tabla VI.7. Condiciones óptimas de tiempo y potencia según gráfico de superficie de respuesta del diseño experimental 32 para obtener la mínima sobrevida.

Tiempoóptimo

Potenciaóptima

Ensayo en tampón KCl 12 min. 50 W

44

VI.1.2 Cavitación acústica con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica.

Para estudiar el efecto de la cavitación acústica en vino se necesitó irradiar volúmenes

mayores. Por este motivo se debió cambiar el transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada

por un transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica, ya que el primero fue adecuado para

cavitar pequeños volúmenes (5 mL), insuficiente para los análisis químicos, físicos y

sensoriales. Cabe destacar que el transductor piezoelectrico tipo bocina cónica presentaba un

mayor diámetro y por ende una mayor superficie de irradiación (Ensminger, 1964).

VI.1.2.1 Cavitación con 200 mL de suspensión de levaduras

Debido a que la efectividad del sistema ultrasónico, en cuanto a inhibición microbiana,

depende necesariamente de sus parámetros físicos, se realizó, de igual manera que los

ensayos anteriores, una adaptación física. Para ello se midieron las variables físicas en agua

destilada (tabla VI.5). La principal diferencia que se observó, con respecto a los ensayos con el

transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada, fue el rango de frecuencia ingresado. Éste

fue más amplio, ya que la frecuencia de resonancia del transductor se encontraba dentro de

ese rango.

Tabla VI.8. Parámetros físicos para la adaptación del sistema ultrasónico, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 200 mL de muestra.

Parámetro ValorRango de frecuencia 15.000 - 21.000 Hz.Fo 16.762,5 Hz.Z 21.2 Circuito equivalenteR 21,200 L 29,037 mH.Ca 3,106 nF.Cb 16,289 nF.L calculado 5,5 mH.

45

La cavitación acústica se aplicó a muestras de 200 mL de suspensión de levaduras en

tampón KCl. El tiempo de exposición a los ultrasonidos fue de 15 minutos y se empleó un rango

de potencia de 10 a 60 Watts con el objeto tener valores similares a los entregados por el

modelo 22. La temperatura se midió antes y después de la irradiación y sus resultados se

muestran en el gráfico VI.7. Como en los casos anteriores, en este gráfico se observa que la

temperatura aumenta al incrementar la potencia de aplicación, siendo este aumento de

aproximadamente un 31% al aplicar potencias de 10 a 60 Watts. Cada ensayo se repitió 2

veces y a partir de estos resultados se obtuvo la desviación estándar.


Los resultados para la inhibición microbiana se observan en el gráfico VI.8. Estos valores se

encuentran sobre el 25% de sobrevida y no muestran una tendencia consecuente a la potencia

aplicada, ya que la sobrevida no disminuye al aumentar la potencia.

46


VI.1.2.2 Cavitación empleando agitación.

Se continuó ensayando con distintos volúmenes de muestras, incluyendo además, la

agitación de estas durante la cavitación acústica, como una manera que la irradiación

ultrasónica afectara a todas las células.

Se empleó el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica en conjunto con un agitador

magnético en donde se colocaron las muestras. La adaptación del transductor se realizó

nuevamente, igual que en el ensayo anterior (punto VI.1.2.1), ya que los parámetros físicos

varían al modificar las condiciones del sistema. Las medidas de estas variables se muestran

en la tabla VI.6 donde se aprecia que la mayor variación la presenta la impedancia (Z). Esta

diferencia es de un 37% con respeto al ensayo anterior (punto VI.1.2.1), atribuyéndose

principalmente al movimiento del agua durante la lectura (producto del agitador).

47

Tabla VI.9. Parámetros físicos para la adaptación del sistema ultrasónico, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica y sistema de agitación.

Parámetro ValorRango de frecuencia 15.000 – 20.000 Hz.Fo 16.525,0 Hz.Z 7,82 Circuito equivalenteR 7,897 L 26,988 mH.Ca 3,435 nF.Cb 16,390 nF.L calculado 5,7 mH.

La cavitación acústica se realizó de la siguiente forma: 1 muestra de 100 mL con y sin

agitación; y una muestra de 200 mL con y sin agitación. Cada ensayo se repitió 2 veces para

calcular la desviación estándar. El tiempo y potencia que se utilizó fue de 15 minutos y 40

Watts, respectivamente. Se decidió por estos valores, ya que se encontraban cercanos a las

condiciones óptimas obtenidas en el modelo 22. La temperatura se midió antes y después de la

irradiación y los resultados se encuentran en el gráfico VI.9. En este gráfico se observa un

incremento mayor al utilizar menores volúmenes, sin embargo la agitación parece no disminuir

este efecto, ya que para un volumen de 200 mL la diferencia es de 1 ºC y para un volumen de

100 mL ésta es de aproximadamente 4 ºC.

Gráfico VI.9. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica y sistema de agitación.

48

Los resultados de sobrevida celular de este ensayo se observan en el gráfico VI.10. Para el

volumen de 200 mL se apreció una diferencia de aproximadamente 13% de sobrevida entre las

muestras agitadas y no agitadas. Y el doble de esta cifra (26 %) para el volumen de 100 mL,

encontrándose en este ultimo la menor sobrevida celular.

Gráfico VI.10. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica y sistema de agitación.

VI.1.2.3 Cavitación con 100 mL de suspensión de levaduras

De los ensayos anteriores resultó que el menor porcentaje de sobrevida celular se

consiguió con el sistema sin agitación y con un volumen de muestra de 100 mL. Por lo tanto se

ensayo este sistema con las combinaciones de tiempo y potencia del diseño experimental 22

(Tabla V.1).

Si bien se utilizó el mismo transductor anterior (piezoeléctrico tipo bocina cónica), se

procedió a adaptar nuevamente el sistema. Para lo cual se realizó la lectura de las variables

físicas del instrumento (transductor), esto debido a que en este ensayo se empleó un recipiente

distinto (vaso precipitado de 500 mL de capacidad).

La lectura se realizó con agua destilada (100 mL), simulando la suspensión de levaduras.

Las medidas de estas variables se encuentran en la tabla VI.7. A diferencia de los ensayos

anteriores con el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica existe una gran heterogeneidad

49

en las lecturas, principalmente en cuanto a impedancia eléctrica (Z) e Inductancia (L). La

inductancia del transductor (L calculada) difiere de la lectura anterior (punto VI.1.2.2) en 2 mH.

Tabla VI.10. Parámetros físicos para la adaptación del sistema ultrasónico, empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra.

Parámetro ValorRango de frecuencia 16.000 – 21.000 HzFo 16.762,5 HzZ 22,2109 Circuito equivalenteR 26,074 L 40,339 mHCa 2,229 nFCb 11,648 nFL calculado 7,7mH

Con este sistema, la cavitación acústica se llevó a cabo en muestras de 100 mL de

suspensión de levaduras en tampón KCl, contenidas en vasos precipitados de 500 mL. Este

cambio de recipiente se hizo, ya que permitió un mayor desplazamiento del transductor dentro

de la muestra, impidiendo un acoplamiento mecánico entre el transductor y las paredes del

vaso.

El número de muestras irradiadas fueron 12, según el diseño experimental 22. Aquí se incluye

tres repeticiones de la combinación 30 Watts y 12,5 minutos, equivalente al punto central, con

el fin de calcular la desviación estándar. Al igual que en todos los ensayos anteriores se midió

la temperatura antes y después de la exposición a los ultrasonidos. El resultado de esta

variación se muestra en el gráfico VI.11. En este gráfico se observa un mayor incremento de la

temperatura, por efecto de la cavitación acústica, en las combinaciones que incluyen una

potencia alta y un largo tiempo de exposición. Ambas variables ejercen similar efecto.

50


En cuanto a sobrevida celular, los resultados se muestran en el gráfico VI.12. De igual

manera que en la temperatura, la sobrevida disminuye en las combinaciones de potencia y

tiempos altos. Comparando los resultados con el ensayo empleando el transductor

piezoeléctrico tipo bocina escalonada, se observó una gran diferencia. A igual combinación (50

Watts y 20 minutos) en el primero se obtiene una sobrevida de 0,006 %, sin embargo en este

último la sobrevida alcanza únicamente el 23%. Esto implicaría que el tipo de transductor

influye notablemente en los resultados obtenidos.


51

Con los datos de sobrevida celular se construyó un gráfico de superficie de respuesta

(gráfico VI.13). El manto que se observa es convexo, a diferencia del obtenido con el

transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada, el cual fue cóncavo. Este efecto se debe

exclusivamente a la distribución espacial de los datos y que en el primero la sobrevida cae de

manera lineal con la potencia, en cambio en éste se aprecia una leve alza y luego el descenso.

Gráfico VI.13. Gráfico de superficie de respuesta de la sobrevida celular obtenida con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra.

Con la ayuda del software estadístico STATGRAPHICS 4.0 PLUS se optimizaron los datos

del gráfico anterior, con el objeto de encontrar la combinación de tiempo y potencia adecuado

para la máxima destrucción de células. El resultado que arrojó fue el siguiente:

Tiempo óptimo Potencia óptima23 min. 58 W

Al cavitar una muestra de levadura con esta combinación se obtuvo un porcentaje de

sobrevida de 0,29%. Al interpolar este valor en la ecuación VI.1, entregada por el programa

estadístico, se estimó que este resultado correspondería aproximadamente a la combinación:

50W y 23 minutos. Con este resultado se comprobó que existe una diferencia de un 19% entre

los resultados reales y los teóricos, obtenidos a través de la ecuación VI.1.

52

Ecuación VI.5. % Sobrevida = 34,2768+2,23326*P+4,30527*t – 1,195297*10-2 * P2 – 1,0335 *

10-1 * P*t – 0,147856*t2.

Donde :

P : Potencia (W)

t : Tiempo (minutos)

Por otro lado, con el fin de observar independientemente la relación entre las variables

dependientes (tiempo y potencia) y la variable independiente (porcentaje de sobrevida) se

elaboró un gráfico de efectos principales para esta última variable (gráfico VI.14). En este

gráfico se distingue un leve aumento de la sobrevida al aumentar la potencia, el que luego

desciende; en el caso del tiempo sólo se observa una baja.

Gráfico VI.14. Efectos principales de la sobrevida con respecto a la potencia y tiempo de exposición en el ensayo con el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra.

Luego para conocer la relación entre tiempo-potencia de aplicación y la variación de

temperatura se construyó el gráfico de efectos principales para la temperatura (gráfico VI.15).

53

Gráfico VI.15. Efectos principales en la variación de temperatura con respecto a la potencia y tiempo de exposición en el ensayo con el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra.

De los gráficos anteriores se desprende que la temperatura de las muestras que fueron

cavitadas aumentó de manera lineal con respecto a la potencia y tiempo de aplicación de

ultrasonidos. En el caso de la potencia, en particular, este aumento de temperatura es menos

pronunciado a potencias bajas (menores a 20 Watts) que a potencias altas.

Para estudiar el comportamiento del campo acústico a distintas potencias, se midió la

presión acústica generada con la conformación del último sistema ultrasónico ensayado. Las

mediciones se llevaron a cabo con 600 mL de agua destilada, contenidos en un vaso

precipitado de 1000 mL. Se introdujo una sonda de PVDF por arriba del recipiente, la cual midió

los μV generados al aplicar una potencia dada. Este voltaje se transformó en presión acústica

(atm), por medio de la sensibilidad de la sonda (169.314,075 μV/atm). Los resultados de esta

medición se aprecian en el gráfico VI.16.

54

Gráfico VI.16. Estudio del campo acústico en el sistema con transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica.

El gráfico anterior indica que existe una relación proporcional entre potencia aplicada y

presión acústica. Además, se observa que entre 30 y 50 Watts la presión acústica es muy

similar, con sólo una diferencia de aproximadamente 0.13 atm. En cambio entre 10 y 60 Watts

esta diferencia aumenta a 2,15 atm.

55

VI.2 ANÁLISIS QUÍMICOS, FÍSICOS Y SENSORIALES

Uno de los objetivos de esta tesis fue evaluar si el método de irradiación ultrasónica era

eficaz en la reducción de la carga microbiana del vino; así como observar si esta técnica influye

en la calidad química, física y sensorial del producto. Para esto se realizó una serie de análisis

descritos en el capitulo anterior (capitulo V), de manera de evaluar una posible utilización a

nivel industrial de los ultrasonidos.

Con las condiciones óptimas obtenidas con el último sistema ultrasónico (transductor

piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra, sin agitación) se llevó a cabo la

cavitación ultrasónica de las muestras de vino tinto y vino blanco que luego fueron analizadas

química, física y sensorialmente. Los resultados de estos análisis para la irradiación de vino

tinto se muestran en la tabla VI.8.

Tabla VI.11. Análisis químicos, físicos y sensoriales realizados al vino tinto.

Análisis Vino no cavitado Vino cavitado

Acidez total (ácido sulfúrico) 2,93 0,02 (g/L) 3,03 0,02 (g/L)

Acidez total (ácido tartárico) 4,48 0,03 (g/L) 4,63 0,03 (g/L)

Acidez volátil (ácido acético) 0,53 0,01 (g/L) 0,53 0,00 (g/L)

pH 3,77 0,00 3,72 0,00

Densidad 0,990 0,000 (g/mL) 0,992 0,000 (g/mL)

Viscosidad 12,89 0,01 (Kg/m*s) 12,77 0,01 (Kg/m*s)

Tensión superficial 52,7 1,5 (dinas/cm) 58,6 1,2 (dinas/cm.)

Intensidad colorante (IC) 8,165 9,240

Evaluación sensorial No existen diferencias

Se observa que el vino cavitado presenta diferencias mínimas con respecto al vino tinto que

no ha sido tratado con ultrasonidos, lo que se corrobora con la evaluación sensorial. La mayor

56

diferencia se obtuvo en los análisis de intensidad colorante con un 11,63 % entre el vino tinto

no cavitado y el vino tinto cavitado.

Como se sabe que el color del vino es un factor de suma importancia (Aguirre, 2001),

siendo mayor en las cepas tintas. Se realizó un análisis espectrofométrico de las muestras de

vino, antes y después de ser irradiadas, con el fin de verificar si la cavitación acústica influye en

esta característica. Estos resultados se muestran en la tabla VI.9. Estas gráficas muestran un

barrido de absorbancia, entre 300 y 800 nm, aquí se observa que su espectro de absorción

óptica es similar, además, ambas muestras de vino presentan una absorbancia máxima a 514,5

nm.

Tabla VI.12. Comparación de parámetros colorimétricos entre vino tinto cavitado y vino tinto no cavitado.

No cavitado Cavitado

Peak PeakLongitud de onda (nm) 514,5 Longitud de onda (nm) 514,5Absorbancia 0,485 Absorbancia 0,469

De igual manera se realizó los análisis químicos, físicos y sensoriales a muestras de vino

blanco antes y después de ser sometidas al tratamiento ultrasónico. Estos resultados se

57

aprecian en la tabla VI.10. De estos resultados se desprende que el vino cavitado presenta

diferencias mínimas con respecto al vino blanco que no ha sido tratado con ultrasonidos; sin

embargo, la tensión superficial del vino blanco cavitado aumentó en un 10,07%.

La evaluación sensorial indicó que las diferencias organolépticas entre ambos tipos de vino

no son significativas.

Tabla VI.13. Análisis químicos y físicos realizados al vino blanco.

Análisis Vino no cavitado Vino cavitado

Acidez total (ácido sulfúrico) 3,82 0,0 (g/L) 3,86 0,02 (g/L)

Acidez total (ácido tartárico) 5,85 0,0 (g/L) 5,91 0,03 (g/L)

Acidez volátil (ácido acético) 0,47 0,01 (g/L) 0,41 0,01 (g/L)

pH 3,16 0,00 3,16 0,01

Densidad 0,998 0,000 (g/mL) 0,992 0,000 (g/mL)

Viscosidad 13,57 0,01 (Kg/m*s) 13,20 0,11 (Kg/m*s)

Tensión superficial 54,9 1,0 (dinas/cm) 67,6 1,4 (dinas/cm)

Intensidad colorante (IC) 0,082 0,082

Evaluación sensorial No existen diferencias

La espectrofotometría realizada a las muestras de vino blanco, antes y después del

tratamiento ultrasónico, se muestran en la tabla VI.11. Los espectros muestran un barrido de

58

absorbancia, entre 300 y 500 nm, además se observa un espectro de absorción óptica similar y

una absorbancia máxima a 300 nm.

Tabla VI.14. Comparación de parámetros colorimétricos entre vino blanco no cavitado y vino

blanco cavitado.

No cavitado Cavitado

Peak PeakLongitud de onda (nm) 300 Longitud de onda (nm) 300Absorbancia 1,476 Absorbancia 1,359

VI.3 MORFOLOGÍA CELULAR

59

Con el fin de observar cambios en la morfología de las células de levaduras después de la

irradiación ultrasónica, se observaron muestras de la suspensión de levaduras antes y después

de la aplicación de los ultrasonidos. Las microfotografías se muestran en la figura VI.1. En la

microfotografía (a) se observa que las células de levadura se encuentran intactas, antes del

tratamiento ultrasónico. Su contenido celular está completo y su forma es típica a la de una

célula levaduriforme viable, en cambio en la microfotografía (b) se observó una destrucción

física de la célula efecto provocado por la cavitación acústica (Mason y otros, 2003a).

Células antes de la aplicación del ultrasonido

Células después de la aplicación del ultrasonido

Objetivo: 40x Objetivo: 40x

(a) (b)

Figura VI.14. Microfotografías de células de levaduras Saccharomyces cerevisiae, antes y después de

ser sometidas a los ultrasonidos. En (a) se observan células de levaduras antes del tratamiento

ultrasónico, la pared celular está intacta con todo su citoplasma. (b) muestra células de levaduras

después del tratamiento ultrasónico, la pared celular está destruida y el citoplasma se ha perdido casi por

completo.

60

VI.4 ENSAYOS ULTRASÓNICOS COMPLEMENTARIOS

Para complementar la investigación se ensayaron dos sistemas ultrasónicos distintos: un

baño ultrasónico y una celda ultrasónica, en donde el principio de destrucción en ambos son los

efectos mecánicos provocados por la cavitación acústica. Se ensayó, al igual que en los

sistemas anteriores, con una suspensión de levadura y la cavitación acústica se realizó como

se detalla a continuación:

VI.4.1 Baño ultrasónico

Este sistema no requirió de adaptación física. La cavitación acústica se realizó en muestras

de 50 mL y durante un periodo de 20 minutos, entre el cual se extrajo muestras a 5 y 12.5

minutos.

Los resultados de variación de temperatura se muestran en el gráfico VI.17. En éste se

observó que el incremento de temperatura fue proporcional al tiempo de aplicación de los

ultrasonidos.

Gráfico VI.17. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando baño ultrasónico.

61

Los resultados de la sobrevida celular se aprecian en el gráfico VI.18. En este gráfico se

observa que la sobrevida celular es baja, menor al 5% en los tres tiempos experimentados. Así

mismo, se desprende que el tiempo de tratamiento no influye en la inhibición microbiana. Cabe

destacar que la variabilidad fue mayor cuando se cavitó durante 5 minutos.

Gráfico VI.18. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar las muestras de levadura en el baño ultrasónico, a distintos tiempos de exposición.

62

VI.4.2 Celda ultrasónica

Para llevar a cabo la adaptación física de éste sistema se midieron los parámetros físicos

de sus dos transductores y, además, se realizó un barrido de voltaje entre éstos. La distancia

entre ambos transductores era 110 mm y el vaso con la muestra a irradiar se encontraba entre

los 20 y 90 mm.

Los resultados de la lectura física se muestran en el gráfico VI.19. Este gráfico indica que la

energía acústica (medida en mV) se concentra en los extremos de la celda ultrasónica, fuera

del vaso precipitado.

Para aumentar la energía en el centro de la celda ultrasónica y del vaso precipitado, se

ajustaron los modos de vibración de la celda mediante el desplazamiento de los dos

transductores piezoeléctricos laterales. La energía acústica aumenta levemente en el centro de

la celda, pero se sigue concentrando en los extremos de ésta.

Gráfico VI.19. Valor del campo acústico en el interior de la celda ultrasónica, antes y después de ajustar los modos de vibración.

63

Las medidas de las variables físicas de ambos transductores que conforman la celda, se

muestran en la tabla VI.12. Para la adaptación eléctrica del sistema se observa que ambos

transductores requirieron un adaptador de impedancia con una inductancia similar, en cuanto a

la impedancia eléctrica la del primer transductor fue mayor a la del segundo en

aproximadamente un 7 Ohms.

Tabla VI.15. Parámetros físicos de los transductores luego del ajuste de posición en la celda.

En este ensayo la cavitación acústica se realizó con muestras de 200 mL de suspensión de

levaduras en tampón KCl, la potencia aplicada fue de 40 Watts y el tiempo de exposición fue 15

minutos (combinación cercana al óptimo de inhibición microbiana entregado por el modelo 22).

Los resultados de la variación de temperatura se muestran en el gráfico VI.20. Este gráfico

indica que el incremento de temperatura de las tres muestras cavitadas fue similar, de 23 a 24

°C, indicando la homogeneidad de este sistema en cuanto a generación de energía ultrasónica.

Parámetro Transductor 1 Transductor 2Rango de frecuencia 16.000 – 21.000 Hz. 16.000 – 21.000 Hz.Fo 17.037 Hz. 16.912 Hz.Z 22 14.57 Circuito equivalenteR 22,4901 Ω 14,5183 ΩL 26, 4175 mH. 27,1916 mH.Ca 3,29988 nF. 3,25700 nF.Cb 12,8347 nF. 13,6855 nF.L calculado 6,81 mH. 6,47 mH.

64

Gráfico VI.20. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas en la celda ultrasónica a 40 W durante 15 minutos.

La sobrevida celular se muestra en el gráfico VI.21. Aquí se distingue claramente una baja

inhibición microbiana, ya que, en promedio las levaduras sobrevivieron un 70,95 % después de

ser sometidas a tratamiento ultrasónico. Este resultado fue motivo suficiente para descartar

este sistema de irradiación ultrasónica.

Gráfico VI.21. Porcentaje de sobrevida celular después de irradiar tres muestras de levaduras empleando la celda ultrasónica

65

VII. DISCUSIONES

VII.1 Sobrevida celular

A pesar de que es improbable lograr un 100% de inactivación celular, sí se lograron

resultados de más del 99,9% cuando se cavitaron suspensiones de levadura utilizando el

transductor piezoeléctrico tipo bocina escalonada; así por ejemplo, al cavitar una muestra de

levadura en tampón KCl, aplicando 50 W durante 20 minutos, se obtuvo una sobrevida de

0,006% (gráfico VI.2). Sin embargo, al utilizar el transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica, el

mejor resultado obtenido fue 23,060% de sobrevida (gráfico VI.12), aplicando 50 W durante 20

minutos. En el primer caso la efectividad del sistema aportó una reducción de 4 ciclos

logarítmicos, ya que se comenzó con una carga de 108 UFC/mL y se finalizó con 104 UFC/mL;

mientras que con el segundo sistema la carga microbiana se redujo sólo 1 ciclo logarítmico,

bajando de 107 UFC/mL a 106 UFC/mL, lo que implica que los resultados de destrucción

microbiana dependen del tipo de transductor con el que se cavite y la conformación del

sistema.

Todos los resultados de sobrevida celular obtenidos de las cavitaciones con el transductor

piezoeléctrico tipo bocina escalonada fueron menores al 10%. Esto se podría explicar porque

con este transductor se utilizó un volumen pequeño (5 mL), lo que resulta en un incremento de

la intensidad del ultrasonido entrante al sistema (Mason y otros, 2003b).

Del gráfico VI.11 de efectos principales de sobrevida, se desprende que la variable

independiente que ejerce una mayor influencia en la destrucción de levaduras es el tiempo de

irradiación, ya que la relación entre tiempo y porcentaje de sobrevida es inversamente

proporcional; mientras que la relación entre potencia y porcentaje de sobrevida es una curva

semi-cóncava.

66

De los sistemas ultrasónicos anexos que se estudiaron, se puede decir que el más efectivo

en la destrucción de levaduras fue el baño ultrasónico, ya que el porcentaje de sobrevida no

superó el 5%, no importando el tiempo de exposición de las muestras a los ultrasonidos. La

limitante en el equipo utilizado fue la imposibilidad de variar la potencia de cavitación. Por otro

lado, los ensayos realizados con la celda ultrasónica, conformada por dos transductores

laterales, entregaron una sobrevida mínima de 57,86%, cuando se cavitaron las muestras a 40

W durante 15 minutos. Los resultados son similares a los obtenidos con el transductor

piezoeléctrico tipo bocina cónica.

VII.2 Incremento de temperatura

Con respecto al incremento de temperatura apreciado en los distintos ensayos ultrasónicos,

de los resultados obtenidos, se infiere que este aumento es mayor al aplicar mayores potencias

acústicas. El incremento de temperatura, empleando el transductor piezoeléctrico tipo bocina

escalonada fue menor a 24 ºC, en todos los experimentos realizados utilizando las

combinaciones de ambos diseños experimentales (22 y 32). Al emplear el transductor

piezoeléctrico tipo bocina cónica la temperatura aumentó hasta alcanzar aproximadamente los

50 ºC en aquellas combinaciones de tiempo y potencia alta. Con los resultados anteriores se

comprobó que la inhibición de levaduras se debió principalmente al efecto de la cavitación

acústica y no a la temperatura, ya que los rangos de inhibición térmica de la cepa que se

estudió se encuentra sobre los 60 ºC. Además esto se corroboró con las microfotografías de las

células, en donde se observó una destrucción física de las células, efecto generado por los

ultrasonidos y no por la temperatura (Mason y otros, 2003a).

Por otra parte se puede apreciar que al utilizar combinaciones altas de potencia y tiempo se

obtienen mayores alzas de temperatura. Sin embargo, el volumen de muestra es un factor que

aumenta o disminuye este incremento; ya que al irradiar 100 mL de muestra el aumento de

temperatura fue mayor que al irradiar 200 mL, independientemente si en el sistema se incluía o

no agitación. Lo que resulta obvio si se considera que un mayor volumen de agua posee una

mayor capacidad calorífica. En cuanto al mecanismo de agitación empleado su efecto no fue

considerable, ya que igual volumen de muestra, su variación de temperatura fue similar con y

sin agitación. En cuanto a los sistemas ultrasonicos complementarios los incrementos de

67

temperatura en ambos sistemas, baño y celda ultrasónica, no superaron los 24 °C, siendo

mayor en la celda ultrasónica.

VII.3 Campo acústico

La medición del campo acústico a distintas potencias, arrojó como resultado que existía una

relación proporcional entre la potencia y la presión acústica generada en el medio líquido. Por

lo tanto, se infiere que a mayores potencias las células son expuestas a mayores presiones

acústicas, lo que aumentaría su tasa de destrucción.

VII.4 Estructura celular

Las microfotografías tomadas a las células de levaduras antes y después de ser expuestas

al fenómeno de cavitación (ver punto VI. 6), permiten apreciar el daño físico que sufrieron luego

de ser cavitadas. La ruptura de la pared celular provocaría la salida del citoplasma hacia el

exterior. En las microfotografías se distinguen levaduras vacías y otras en las que aún queda

algo de contenido celular; en ambos casos el daño es irreparable, lo que asegura la destrucción

de éstas. No obstante, en los ensayos realizados durante esta investigación, siempre quedaron

levaduras sobrevivientes, no se sabe si fue porque el chorro de burbujas no las alcanzó, o bien,

porque el daño que les causó no fue suficiente para producir su inhibición.

VII.5 Análisis químicos

Los análisis químicos realizados al vino tinto y vino blanco, arrojaron un leve aumento en su

acidez total luego de ser cavitados, lo que sugiere que con el fenómeno de cavitación acústica

se concentrarían los ácidos, tales como el sulfúrico o el tartárico; o bien, se formarían nuevos

ácidos, ya que está comprobado que la cavitación acústica induce la formación de radicales

libres, que podrían actuar como precursores de nuevos ácidos. (Mason y otros, 2003a).

68

Por otra parte, la acidez volátil no experimentó variación en el vino tinto después de ser

irradiado con ultrasonidos, pero sí disminuyó 0,1 g/L en el vino blanco después de ser tratado

con ultrasonidos. Esta pequeña baja en la acidez podría deberse a una volatilización de los

ácidos presentes en el vino, como consecuencia del aumento de temperatura que sufren las

muestras al ser cavitadas.

Cabe mencionar que los valores de acidez total y volátil encontrados en todas las muestras

de vinos, cavitados y no cavitados, se encontraron dentro de los límites permitidos por la Ley

de alcoholes Nº 18.455.

Aunque la legislación chilena (Reglamento Sanitario de los Alimentos y Ley de Alcoholes Nº

18.455) no establece límites máximos y mínimos de pH y densidad para los vinos chilenos,

puede decirse que los resultados de estos análisis se encuentran dentro de los rangos

normales aceptados por los productores de vinos. Así, por ejemplo, en algunas viñas se

establece como limite mínimo una densidad de 0,980 g/mL para vinos tintos y vinos blancos.

La diferencia de pH entre vinos tinos y vinos blancos es normal, ya que generalmente los

vinos blancos tienen un pH menor que los vinos tintos, dado principalmente por la cantidad de

ácidos presentes en las uvas blancas (Vergara, 1994).

VII.6 Análisis físicos

La intensidad colorante del vino tinto presentó un aumento de 13,23% después de ser

cavitado. Esta diferencia se puede deber a que el fenómeno de cavitación acústica produce

una leve concentración de los sólidos presentes en el vino tinto, debido a la evaporación del

agua que se produce al incrementarse la temperatura de la muestra (cercana a 50 °C), lo que

provoca una mayor absorción espectrofotométrica. Este incremento en la intensidad colorante

sería favorable para un vino tinto. En cuanto al vino blanco, no se observó variación alguna.

La tensión superficial mide la fuerza necesaria para separar las moléculas de un líquido; en

pocas palabras, representa la fuerza existente entre ellas. Este análisis no se realiza

normalmente a los vinos; sin embargo, de esta medición se infiere una característica

fundamental en ellos, su “cuerpo”. Por lo que, se eligió la tensión superficial del agua (72,4

69

dinas/cm) como parámetro de comparación para éste análisis, dado que se trata de un fluido

laminar al igual que el vino.

Al analizar los vinos, cavitados y no cavitados, se encontró que su tensión superficial era

menor que la del agua, lo que se debe a la mayor cantidad de alcohol presente en ellos, por lo

que se forman enlaces de menor fuerza entre sus moléculas. Luego de la cavitación acústica,

la medición de la tensión superficial arrojó un aumento de un 10,07% para el vino tinto y de

18,80% para el vino blanco. Debido probablemente a la posible concentración que sufren los

vinos al evaporarse el agua.

VII.7 Evaluación sensorial

Para determinar si los vinos (tinto y blanco) presentaban diferencias significativas después

de ser cavitados, se realizó una prueba triangular con los 12 jueces seleccionados (ver punto

V.1.2). De los 12 jueces, 2 encontraron diferencias entre las muestras de vino tinto cavitado y

no cavitado y 5 encontraron diferencias entre las muestras de vino blanco cavitado y no

cavitado, lo que indica que los vinos cavitados no presentan diferencias significativas con

respecto a los vinos no cavitados. Para que hubiesen existido diferencias significativas entre

las muestras de vino, 8 de los 12 jueces tendrían que haber encontrado diferencia entre las

muestras (anexo X.2). Este resultado es determinante si se desea utilizar los ultrasonidos

como método alternativo para la disminución microbiana en vinos, ya que es muy importante

que el vino no cambie las propiedades organolépticas de las que fue dotado durante la

vinificación.

Si bien estadísticamente no se presentó diferencias significativas entre las muestras de

vino cavitado y no (para vino blanco y tinto), el número de jueces que encontró diferencias,

entre las muestras tratadas y no, fue mayor en el caso del vino blanco. En base a sus

comentarios, al parecer existiría una destrucción y, por ende, pérdida de componentes

aromáticos en el vino; tal vez, como consecuencia del calentamiento que sufrieron las

muestras de vino al ser sometidas a ultrasonidos.

70

VII.8 Evaluación económica

Un sondeo realizado a diversos sistemas ultrasónicos ofrecidos en el mercado, para la

industria alimentaria (punto X.2), demuestra la factibilidad económica en la adquisición de

éstos equipos; ya que, el costo de los principales componentes de un sistema ultrasónico

(generador de potencia, transductor y sistema de registro) no parece ser una cifra exorbitante

e inaccesible para una empresa vitivinícola. Sin embargo, es necesario realizar un estudio más

acabado de la rentabilidad de la utilización de cada sistema ultrasónico. Se debe tener en

consideración que el sistema a utilizar, se deberá escoger dependiendo de la cantidad y

características del alimento que se desee irradiar.

Después de estudiar diferentes sistemas ultrasónicos, se comprobó que todos tenían la

capacidad de destruir o dañar la estructura celular de la levadura con la cual se ensayó (S.

cerevisiae), algunos en mayor proporción que otros. Además, como la cavitación acústica es

un fenómeno físico, la efectividad de la destrucción celular dependerá de las características

físicas del sistema ultrasónico con que se lleve a cabo la irradiación del producto, como por

ejemplo: la potencia aplicada, la frecuencia y los parámetros electricos del transductor, tales

como la impedancia e inductancia. En cuanto a las características del sistema y condiciones

de pruebas, los que más influyeron en la efectividad de la técnica fueron el tiempo de

exposición, volumen de las muestras y potencia acústica efectiva, dejando para un estudio

más exhaustivo las dos últimas.

De lo anterior se desprende que el fenómeno de cavitación acústica es un método efectivo

en la descontaminación microbiana, que altera mínimamente las características físicas,

químicas y organolépticas del vino, lo que sugiere seguir estudiando el tema, ya que podría

ser incluido como una etapa en la elaboración de vino de exportación; más aún, si se

considera que la implementación de un sistema ultrasónico no tendría un costo demasiado

elevado, siendo de gran utilidad para la industria vitivinícola chilena, la que cada vez llega a

mercados más exigentes.

71

VIII. CONCLUSIONES

1. El fenómeno de cavitación acústica provocaría la destrucción de la pared celular de las

levaduras.

2. De las variables independientes analizadas en todos los sistemas estudiados, la que ejerce

mayor efecto en la destrucción celular es el tiempo de exposición al ultrasonido.

3. Se comprobó que el incremento de temperatura es proporcional a la potencia acústica

aplicada, siendo en este caso dependiente del volumen de muestra utilizado.

4. No se observan cambios visuales en el color de los vinos tratados con ultrasonidos.

5. Los resultados químicos y físicos indican que los vinos cavitados sólo presentan mínimas

diferencias con los vinos no cavitados.

6. La mayor variación entre vinos cavitados y no cavitados se registró en la tensión superficial,

con un aumento de 10% en los vinos tintos cavitados y 19% en los vinos blancos cavitados.

7. No se encontraron diferencias significativas, en cuanto a características organolépticas,

entre las muestras de vino cavitadas y no cavitadas.

8. La cavitación acústica podría utilizarse como un método de descontaminación microbiana en

vinos, siendo dependiente de las características físicas del transductor que se emplee

(frecuencia de resonancia, impedancia eléctrica e inductancia). Además juega un importante rol

la conformación del sistema, en cuanto a generación de potencia y adaptación de impedancia,

principalmente.

72

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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18) Mason T.J., Duckhouse H., Joyce E., Lorimer J.P. 2003. Uses of ultrasound in the

biological decontamination of water. WCU. 7(10): 423-426.

19) Mason T.J., Joyce E., Phull S.S., Lorimer J.P. 2003. Potencial uses of ultrasound in the

biological decontamination of water. Ultrasonics sonochemistry. 10: 319-323.

74

http://www.ceride.gov.ar/servicios/comunica/ultrasonido.htm

http://ift.confex.com/ift/2001/techprogram/paper_8217.htm

http://www.ia.csic.es/Sea/4335.html

20) Máximo A., Alvarenga B. 2002. Física General. 3ra Edición. Editorial Mexicana.

21) Miranda M.J.S., Da Costa S.P., Martins R.M.M., Sae M.L. 1998. Ultrasound In Chemical

And Enzymatic Syntheses. [I Simposio Iberoamericano de Acústica]. Lisboa, Portugal:

Centro de Estudios Farmacéuticos, Facultad de Farmacia, Universidad de Coimbra. 4p.

Disponible desde: http://www.ia.csic.es/Sea/4335.htmL.

22) Montgomery D. 1991. Diseño y Análisis de Experimentos. Editorial Iberoamericana.

23) Pardo I. Metabolismo de sustratos de mosto y vino por bacterias lácticas y sus

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<http://www.acenologia.com/ciencia64_1.htm> [Consulta: 05 Mar., 2004, Santiago de

Chile].

24) Sonic E. ¿Qué es onda? [en línea], 1997;

http://www.monografias.com/traba-jos16/onda/onda.shtmL [Consulta: 03 Dic., 2004,

Santiago de Chile.]

25) UIB Investigadores, Instituto Tecnológico Alimentario (AINIA), Centre de Tecnología de la

Carn de Girona. Evaluar los alimentos con ultrasonidos para garantizar su calidad [en

línea], Marzo de 2003; http:// www.uib.es/servei/comunicacio /sc/projectes/arxiu/

nousprojectes/ultrasons/ultrasonidos.doc [Consulta: 31 Julio, 2004, Santiago de Chile].

26) Vergara M.F. Control de Calidad en Vinos. Memoria para optar al titulo de Técnico en

Industria Alimentaría. Santiago, Chile, Universidad de Santiago de Chile, Facultad

Tecnológica. 1994.

27) Vergara R.I. Generación de microburbujas por cavitación acústica. Memoria para optar al

titulo de Ingeniero Civil en Metalurgia. Santiago, Chile, Universidad de Santiago de Chile,

Facultad Tecnológica. 2003.

28) Vogt E. 1985. El vino: obtención, elaboración y análisis. 9a Edición. Editorial Acribia.

75

http://www.uib.es/servei/comunicacio/sc/projectes/arxiu/

http://www.monografias.com/traba-jos16/onda/onda.shtml

http://www.acenologia.com/ciencia64_1.htm

http://www.ia.csic.es/Sea/4335.html

X. ANEXOS

X.1 EVALUACIÓN SENSORIAL

Tabla X.16. Tabla para interpretación de resultados de la prueba triangular

Número de respuestas correctas necesario paraestablecer diferencia significativa

Número dejueces

NIVEL DE SIGNIFICANCIA

5% 1% 0.1 %78910

5667

6778

7889

1112131415

78899

899

1010

910101112

1617181920

1010101111

1111121213

1213131414

2122232425

1212131313

1314141415

1515161617

(Anzaldúa, 1994)

X.2 EVALUACIÓN ECONOMICA

76

Tabla X.17. Evaluación económica de diversos sistemas ultrasónicos ofrecidos en el

mercado.

Sistema Modelo Características Precio($pesos)1 UIP50 Generador ultrasónico industrial de

50 Watts de potencia y 30 kHz de frecuencia. Emplea un transductor de 7 mm de diámetro con una longitud de 80 mm. Incluye computador de control y registro.

2.593.500

2 UIP250 Generador ultrasónico industrial de 250 Watts de potencia y 24 kHz de frecuencia. Emplea un transductor de 8 mm de diámetro con una longitud de 800 mm. Incluye computador de control y registro.

4.089.750


5.120.500


8.013.250


13.133.750

HIELSHER SYSTEMS 15.

X.3 GLOSARIO DE TÉRMINOS FÍSICOS

77

a) Amplitud: Valor pico de una onda. En ondas simétricas es el valor de la mitad del valor

pico-pico.

b) Analizador de espectros: Es un instrumento electrónico que permite visualizar en una

pantalla las componentes espectrales de las señales presentes en las entradas. En el eje de

ordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dB del contenido espectral

de la señal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es función de

la separación temporal y el número de muestras capturadas

c) Circuito equivalente: Circuito donde todas las fuentes de alimentación están

representadas por una sola fuente equivalente y las resistencias de carga están representadas

por una sola resistencia equivalente.

d) Circuito paralelo: Circuito por donde el total de la corriente se divide por varias ramas

y/o elementos. Circuito que tiene más de un camino la corriente.

e) Circuito serie: Circuito por donde circula la misma corriente por todos los elementos.

Circuito que tiene un único camino la corriente.

f) Condensador (eléctrico): En electricidad y electrónica, un condensador, a veces

denominado con el anglicismo capacitor, es un dispositivo formado por dos conductores ó

armaduras, generalmente en forma de placas o láminas, separados por un material dieléctrico,

que sometidos a una diferencia de potencial adquieren una determinada carga eléctrica.

A esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad, y en el sistema

internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo un faradio la capacidad de un

condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 voltio,

estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio.

g) Espectrofotometría: La espectrofotometría es el método de análisis óptico más usado

en las investigaciones biológicas. El espectrofotómetro es un instrumento que permite

78

http://es.wikipedia.org/wiki/Culombio

http://es.wikipedia.org/wiki/Voltio

http://es.wikipedia.org/wiki/Faradio

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_internacional_de_unidades

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_internacional_de_unidades

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Voltaje

http://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Decibelio

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_electr%C3%B3nico

comparar la radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad

desconocida de soluto y una que contiene una cantidad conocida de la misma sustancia. Todas

las sustancias pueden absorber energía radiante, aun el vidrio que parece ser completamente

transparente absorbe longitud de ondas que pertenecen al espectro visible; el agua absorbe

fuertemente en la región del infrarrojo. La absorción de las radiaciones ultravioleta visibles e

infrarrojas depende de la estructura de las moléculas, y es característica para cada sustancia

química. Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energía es absorbida; la energía

radiante no puede producir ningún efecto sin ser absorbida.

El color de las sustancias se debe a que éstas absorben ciertas longitudes de onda de la

luz blanca que incide sobre ellas y sólo dejan pasar a nuestros ojos aquellas longitudes de

onda no absorbida.

h) Forma de onda sinusoidal: Una forma de onda de tensión (o corriente) con la

siguiente expresión matemática V=Vp sen (wf).

i) Frecuencia: Es un término empleado en física para indicar la velocidad de repetición de

cualquier fenómeno periódico. Se define como el número de veces que se repite un fenómeno

en la unidad de tiempo. La unidad de medida de frecuencia es el Herz (Hz), en honor al físico

alemán Heinrich Rudolf Hertz donde 1 Hz es un evento que tiene lugar una vez por segundo.

j) Frecuencia de resonancia: Frecuencia donde los efectos reactivos se cancelan y la

impedancia o admitancia alcanzan su mayor valor.

k) Impedancia: La impedancia es la oposición que presenta un circuito al paso de la

corriente alterna. Es un valor vectorial compuesto en su parte real por un valor de resistencia y

en su parte imaginaria por un valor de reactancia. Su símbolo es Z y se calcula de la siguiente

manera: Z = √(R2 + X2).

Donde

79

http://es.wikipedia.org/wiki/Reactancia

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_imaginario

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Vector

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

Z = Impedancia medida en Ohms (Ω)

R = Resistencia medida en Ohms (Ω)

X = Reactancia total medida en Ohms (Ω)

l) Inductancia: Es la propiedad de un circuito que establece la cantidad de flujo

magnético que lo atraviesa, en función de la corriente que circula por él. El coeficiente de

autoinducción, L, es la medida de esta propiedad y se define: Φ= L * I. Donde Φ es el flujo

magnético e I es la corriente. El valor de este coeficiente viene determinado exclusivamente por

la geometría del circuito y por la permeabilidad magnética del espacio donde éste se expresa.

Un cambio en la intensidad de la corriente (dI / dt) resultará en un cambio en el campo

magnético y, por lo mismo, un cambio en el flujo que está atravesando el circuito, lo que dará

lugar a la generación de una fuerza electromotriz autoinducida en él, debido a la Ley de

Faraday, y por tanto a la circulación de una corriente que se opone a su propio cambio de

corriente

m) Intensidad: La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que pasa a

través de una sección del conductor por unidad de tiempo.

n) Reactancia: Se denomina Reactancia a la impedancia ofrecida, al paso de la corriente

alterna, por un circuito en el que sólo existen inductores (bobinas) o capacidades

(condensadores) puras, esto es, sin resistencias. No obstante, esto representaría una condición

ideal, puesto que no existen en la realidad bobinas ni condensadores que no contengan una

parte resistiva, con lo cual los circuitos en general estarán formados por una composición R-L-

C (resistencia, inductor y capacidad).

o) Osciloscopio: Un osciloscopio es un instrumento de medida electrónico para la

representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en

electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectros.

80

http://es.wikipedia.org/wiki/Analizador_de_espectros

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_se%C3%B1al

http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al

http://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumento_de_medici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacitor

http://es.wikipedia.org/wiki/Inductor



http://es.wikipedia.org/wiki/Impedancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ohmio

Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la

que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa

tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma.

p) Potencia eléctrica: La velocidad con que se consume o suministra energía de un

sistema. Potencia = Energía / tiempo. La unidad de de medición de la potencia es el Watts (W).

q) Resistencia eléctrica: Se denomina resistencia eléctrica de una sustancia a la

oposición que encuentra en dicha sustancia la corriente eléctrica para recorrerla. Según sea la

magnitud de esta oposición, las sustancias se clasifican en buenas conductoras, conductoras o

aislantes eléctricos.

La resistencia eléctrica de un conductor es la medida de la oposición que dicho conductor

presenta al movimiento de los electrones en su seno, o sea la oposición que presenta al paso

de la corriente eléctrica. La resistencia depende de la longitud del conductor, de su sección y

de la temperatura del mismo.

r) Resonancia eléctrica: La resonancia en Electricidad es un fenómeno que se produce

en un circuito en el que existen elementos reactivos (bocinas y condensadores) cuando es

recorrido por una corriente alterna de una frecuencia tal que hace que la reactancia se anule,

en caso de estar ambos en serie o se haga máxima si están en paralelo.

s) RMS: Valor eficaz que un instrumento debería medir para una onda seno. Es calculado

a partir de una onda rectificada. Si se miden señales que no son sinusoidales el valor es

erróneo.

81

http://es.wikipedia.org/wiki/Reactancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia


http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_(el%C3%A9ctrico)

http://es.wikipedia.org/wiki/Inductor

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctrico

Estudio Del Efecto de La Cavitacion Acustica Sobre La Estabilidad Microbiologica Del Vino

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