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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
Gráfico VI.11. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra.
....................................................................................................................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
8
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.
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.
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
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.
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
Gráfico VI.11. Variación en la temperatura de las muestras después de ser irradiadas empleando transductor piezoeléctrico tipo bocina cónica inserto en 100 mL de muestra.
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.
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
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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16) Kieffer L. Uso de ultrasonidos para descontaminar aguas [en línea], Abril de 2002;
http://www.ceride.gov.ar/servicios/comunica/ultrasonido.htm [Consulta: 15 Mazo 2005,
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17) Kuldiloke J. Effect of Ultrasound, Temperature and Pressure Treatments on Enzyme
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18) Mason T.J., Duckhouse H., Joyce E., Lorimer J.P. 2003. Uses of ultrasound in the
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19) Mason T.J., Joyce E., Phull S.S., Lorimer J.P. 2003. Potencial uses of ultrasound in the
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74
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
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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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Carn de Girona. Evaluar los alimentos con ultrasonidos para garantizar su calidad [en
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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
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27) Vergara R.I. Generación de microburbujas por cavitación acústica. Memoria para optar al
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Facultad Tecnológica. 2003.
28) Vogt E. 1985. El vino: obtención, elaboración y análisis. 9a Edición. Editorial Acribia.
75
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
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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
3 UIP500 Generador ultrasónico industrial de 500 Watts de potencia y 24 kHz de frecuencia. Emplea un transductor de 40 mm de diámetro con una longitud de 1000 mm. Incluye computador de control y registro.
5.120.500
4 UIP2000 Generador ultrasónico industrial de 2000 Watts de potencia y 20 kHz de frecuencia. Emplea un transductor de 55 mm de diámetro con una longitud de 375 mm. Incluye computador de control y registro.
8.013.250
5 UIP4000 Generador ultrasónico industrial de 4000 Watts de potencia y 20 kHz de frecuencia. Emplea un transductor de 65 mm de diámetro con una longitud de 630 mm. Incluye computador de control y registro.
13.133.750
HIELSHER SYSTEMS 15.
X.3 GLOSARIO DE TÉRMINOS FÍSICOS
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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
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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
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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.
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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.
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