Colaboración interdisciplinaria explora nuevas aplicaciones de la física de plasmas para mejorar la inocuidad de los alimentos
Estudiar el uso de plasmas no termales para activar el agua y eliminar bacterias patógenas como Listeria monocytogenes en alimentos es el objetivo del proyecto Fondecyt N°1251173, liderado por el ingeniero en alimentos Aníbal Concha, de la Universidad Austral de Chile, en colaboración con el profesor Felipe Veloso, del Instituto de Física.
La búsqueda de aplicaciones para mejorar la seguridad alimentaria utilizando procesos que no calienten los alimentos, y comprender de manera sistemática los mecanismos físicos, químicos y microbiológicos involucrados ha sido el eje central de esta colaboración interdisciplinaria.
Desde el Instituto de Física, el profesor Felipe Veloso, junto a sus estudiantes, se encuentra probando diferentes configuraciones de descargas eléctricas con el objetivo de convertir moléculas existentes en el aire hacia reactivos que ayuden este proceso, utilizando plasmas de baja densidad y temperatura.
Una vez generado, el plasma entra en contacto con un medio acuoso, donde induce reacciones químicas que dan origen a moléculas como nitratos, nitritos, radicales hidroxilo y ozono. Estas especies químicas quedan encapsuladas en burbujas o disueltas en esta “agua activada por plasma”, las cuales son capaces de inactivar bacterias como Listeria monocytogenes, una de las más relevantes en brotes de origen alimentario.
La propuesta presenta dos ventajas principales: por una parte, no altera las propiedades sensoriales de los alimentos y, por otra, logra un efecto bactericida sin necesidad de aplicar aditivos sintéticos adicionales.
“A diferencia de tecnologías térmicas tradicionales, el plasma frio con el que estamos trabajando tiene electrones a temperaturas entre 10.000 y 30.000 °C. Estos son capaces de generar diversas reacciones químicas, rompiendo los enlaces moleculares y ionizarlas, formando nuevos compuestos asistidos por este plasma inicial. Sin embargo, dado que la densidad de estos electrones en el medio acuoso es muy baja, su conductividad térmica también lo es, haciendo que la temperatura del agua no aumente significativamente: apenas unos 3 °C tras más de 10 minutos de operación. Esto nos permite asegurar que el efecto antimicrobiano se atribuye a las reacciones químicas generadas en el agua y no al uso de altas temperaturas”, explica el profesor Veloso.
Por su parte, el investigador Aníbal Concha destaca el impacto ambiental y sanitario de esta tecnología:
“El uso de esta tecnología tiene ventajas comparativas, ya que no genera residuos ni contaminación y, además, nos permite evitar el uso excesivo de sanitizantes químicos, los que contribuyen a que las bacterias desarrollen resistencia a los antibióticos. Para abordar este problema en particular necesitamos comprender cuál es el mecanismo que utilizan estas especies reactivas que obtenemos del plasma para inactivar las bacterias, penetrando sus paredes y generando la lisis”.
El trabajo previo de ambos investigadores ya demostró efectos prometedores: mediante un plasma no termal lograron reducir la carga bacteriana en arándanos, extendiendo su vida útil sin dañar el fruto. Ahora, el proyecto avanza hacia productos alimentarios relevantes para el sur de Chile, como quesos y salmones.
En los próximos meses, la investigación se enfocará en caracterizar las descargas eléctricas, medir las especies químicas generadas y evaluar distintos tiempos e intensidades de tratamiento, con el fin de correlacionar la física del plasma con su efecto antimicrobiano.
El potencial de la interdisciplina
Esta iniciativa apunta a reducir la brecha entre la ciencia básica del plasma y su aplicación industrial, contribuyendo al desarrollo de tecnologías más verdes, seguras y eficientes para la industria alimentaria.
“La interdisciplina nos abre muchísimas puertas, tanto a nosotros como investigadores como a nuestros estudiantes. Nunca imaginé que tendría una publicación académica en una revista de alimentos”, señala Felipe Veloso.
Si bien existen empresas que comercializan equipos de plasma para aplicaciones agrícolas y alimentarias, aún no existe una sistematización y parametrización que permita comprender qué variables del plasma generan determinadas reacciones químicas y qué impacto microbiológico producen.
“Esa comprensión permitiría desarrollar equipos ajustables, capaces de modificar la proporción de especies reactivas como nitratos, nitritos, radicales hidroxilo u ozono, entre otros. Existe un enorme potencial, pero también muchas preguntas abiertas. Justamente ahí es donde podemos aportar desde la física y la interdisciplina”, concluye el académico del Instituto de Física.
