Diseño de fuente de alta tensión pulsada para inhibición de microorganismos en la leche
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Resumen
La aplicación de pulsos eléctricos de alta tensión ha ganado importancia en la pasteurización no térmica de alimentos líquidos como la leche. Esta técnica, conocida como Campo Eléctrico Pulsado (PEF, por sus siglas en inglés), permite la inactivación microbiana mediante electroporación celular, preservando las propiedades nutricionales y sensoriales del producto. La eficacia del tratamiento depende de parámetros como la amplitud del campo eléctrico, el ancho de pulso y la geometría del sistema de aplicación.
Esta investigación presenta el diseño de una fuente de alta tensión pulsada basada en la topología de circuito acumulador de energía. El sistema fue desarrollado para generar pulsos de 30 kV con una duración del orden de los microsegundos, aplicados mediante una cámara coaxial que produce un campo eléctrico de 41 kV/cm. Según la literatura, estos valores corresponden a condiciones eléctricas que han demostrado permitir reducciones del orden de 4 unidades logarítmicas en Escherichia coli, equivalentes a una disminución del 99,99% de la población microbiana.
El desarrollo se estructuró en tres fases. En la primera se identificaron los microorganismos presentes en la leche y se establecieron los requisitos eléctricos necesarios para su inactivación. Luego, se seleccionó y simuló la topología más adecuada según los criterios definidos. Finalmente, se analizaron los resultados obtenidos y se propusieron lineamientos para el desarrollo físico del prototipo. El diseño busca ofrecer una alternativa técnica eficiente y económicamente viable para pequeños y medianos productores lácteos en Colombia, contribuyendo a la modernización del sector mediante tecnologías de pasteurización no térmica. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
The application of high-voltage electric pulses has gained relevance in the non-thermal pasteurization of liquid foods such as milk. This technique, known as Pulsed Electric Field (PEF), enables microbial inactivation through cell membrane electroporation while preserving the nutritional and sensory properties of the product. The effectiveness of the treatment depends on parameters such as electric field strength, pulse width, and system configuration.
This research presents the design of a high-voltage pulsed power supply based on the energy storage circuit topology. The system was developed to generate 30 kV pulses with a duration on the order of microseconds, applied through a coaxial treatment chamber that produces an electric field of 41 kV/cm. According to the literature, these values correspond to electrical conditions reported to achieve reductions on the order of 4 logarithmic units in Escherichia coli, equivalent to a 99.99% reduction in the microbial population.
The project was structured in three phases. First, the main microorganisms present in milk were identified, and the electrical parameters required for their inactivation were established. Based on these findings, the most suitable topology was selected and simulated according to defined design criteria. Finally, the simulation results were analyzed, and guidelines for the physical development of the prototype were proposed. The proposed design aims to offer a technically efficient and economically viable solution for small and medium-sized dairy producers in Colombia, contributing to the modernization of the sector through non-thermal pasteurization technologies.
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