ES2946986T3 - Proceso y sistema electroquímico para la conservación de un alimento perecedero - Google Patents

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Abstract

Se describen procesos y sistemas electroquímicos para la conservación de alimentos perecederos. El proceso y el sistema permiten la conservación de alimentos perecederos en presencia de humedad del agua, melanina o un precursor, derivado, análogo o variante de la melanina y energía electromagnética, como energía luminosa visible o invisible. Existe una necesidad en la técnica de métodos y procesos mejorados para conservar alimentos perecederos que superen ciertas desventajas asociadas con los métodos conocidos para conservar alimentos perecederos, como la adición de conservantes, refrigeración/congelación, secado/deshidratación de alimentos y almacenamiento al vacío. La invención satisface esta necesidad al proporcionar un proceso y un sistema para conservar alimentos perecederos en presencia de agua, humedad, energía electromagnética y melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso y sistema electroquímico para la conservación de un alimento perecedero
Campo de la invención
La invención se refiere a procesos y sistemas para la conservación de un alimento perecedero.
Antecedentes de la invención
El deterioro de los alimentos es el proceso por el cual los alimentos se deterioran hasta el punto en que ya no son comestibles o adecuados para el consumo humano. Los alimentos que pueden estropearse se conocen como alimentos perecederos, y los ejemplos comunes de alimento perecedero incluyen frutas y hortalizas. Muchos factores distintos pueden provocar el deterioro de los alimentos o afectar la velocidad a la que los alimentos se deterioran, tales como la oxidación, la degradación enzimática, la temperatura, la humedad y los microorganismos (por ejemplo, bacterias, mohos, levaduras). Por tanto, los métodos para prevenir, reducir o retrasar el deterioro de los alimentos intenta contrarrestar uno o más de estos factores. Dichos métodos incluyen la adición de conservantes, refrigeración/congelación, secado/deshidratación de alimentos y almacenamiento al vacío (por ejemplo, enlatado). Debido a que la exposición al oxígeno y la luz solar son dos de las principales fuentes de oxidación de los alimentos, los alimentos a menudo también se almacenan en la oscuridad para reducir la exposición a la luz solar, o se sellan con cera u otro recubrimiento protector para reducir la exposición al oxígeno en el aire, para reducir aún más el deterioro de los alimentos.
Sin embargo, los métodos de conservación de alimentos antes mencionados tienen algunas limitaciones. Más específicamente, la adición de conservantes puede cambiar el sabor de los alimentos y, dependiendo del conservante particular añadido, también puede introducir sustancias químicas en los alimentos que pueden provocar efectos adversos cuando se consumen. Además, la refrigeración, la congelación, la deshidratación y el enlatado solo pueden conservar los alimentos durante un período de tiempo limitado antes de que los alimentos comiencen a echarse a perder o la calidad y el sabor de los alimentos se deterioren hasta el punto en que ya no se quiera consumirlos, aunque el alimento no se haya echado a perder y, por tanto, siga siendo seguro para el consumo humano. Adicionalmente, la oxidación de los alimentos aún puede producir fácilmente en los alimentos refrigerados o congelados. También está el problema de la decoloración de los alimentos.
Por tanto, los antioxidantes también se han utilizado como aditivos para prevenir o retrasar el deterioro de los alimentos. Los antioxidantes son moléculas que inhiben la oxidación de otras sustancias o moléculas. Los antioxidantes utilizados como aditivos para la conservación de alimentos incluyen antioxidantes naturales, tales como el ácido ascórbico, el retinol, los bioflavonoides y los tocoferoles, y los antioxidantes sintéticos, tales como hidroxitolueno butilado e hidroxianisol butilado. Sin embargo, la seguridad de los antioxidantes sintéticos ha sido cuestionada.
Recientemente, el hidrógeno diatómico (H2) ha demostrado tener propiedades antioxidantes. También se ha demostrado que actúa como un depurador de especies reactivas del oxígeno (ERO). Véase, por ejemplo, Hong et al. "Hydrogen as a Selective Antioxidant: A Review of Clinical and Experimental Studies" J. Int. Med. Res. 38: 1893-1903 (2010); y Shulin Liu, Xuejun Sun y Hengyi Tao "Hydrogen: From a Biologically Inert Gas to a Unique Antioxidant", Oxidative-Stress-Molecular Mechanisms and Biological Effects capítulo 8, páginas 135-133 (2012), editado por el Dr. Volodymyr Lushchak ISBN: 978-953-51-0554-1, InTech. Sin embargo, según el leal saber y entender del inventor, aún no se ha explorado el uso del H2 en la conservación de alimentos.
También se ha descubierto recientemente la capacidad intrínseca del pigmento melanina para absorber energía y utilizar la energía absorbida para catalizar la electrólisis de agua en hidrógeno y oxígeno. En particular, se descubrió que tras la división de la molécula de agua por la melanina, puede producirse la reacción inversa, reformando consecuentemente la molécula de agua y liberando energía. Por tanto, la melanina absorbe todas las longitudes de onda de la energía electromagnética, incluyendo energía lumínica visible e invisible, y disipa esta energía absorbida por medio de la disociación del agua y su consecuente reforma. En la patente de Estados Unidos n.° 8.455.145 se describe un proceso fotoelectroquímico para generar energía utilizando melanina o análogos, precursores, derivados o variantes de la melanina.
La melanina es ubicua en la naturaleza y está compuesta de nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y carbono. Durante muchos años, la melanina no tenía ninguna función biológica o fisiológica atribuida a ella, además de ser considerada un simple protector solar con un factor de protección bajo equivalente al de una solución de sulfato de cobre al 2 %. La melanina también se ha considerado la molécula más oscura conocida porque es capaz de absorber energía de casi cualquier longitud de onda, sin embargo, no parecía emitir ninguna energía. Esto era exclusivo de la melanina y contradecía las leyes termodinámicas porque otros compuestos capaces de absorber energía, particularmente los pigmentos, emiten una parte de la energía absorbida. Por tanto, las propiedades electrónicas de la melanina han sido el foco de atención durante bastante tiempo. Sin embargo, la melanina es uno de los compuestos más estables conocidos por el hombre y, durante mucho tiempo, parecía que la melanina no podía catalizar ninguna reacción química.
Sin desear quedar ligados a ninguna teoría, por ejemplo, se cree que la reacción dentro de la melanina de pruduce de acuerdo con el siguiente Esquema I:
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Tras la absorción de energía electromagnética tal como la energía lumínica (visible o invisible), la melanina cataliza la disociación del agua en hidrógeno diatómico (H2), oxígeno diatómico (O2) y electrones (e-). Aunque la división del agua en hidrógeno y oxígeno consume energía, la reacción es reversible y en el proceso inverso la reducción de átomos de oxígeno con hidrógeno diatómico para reformar las moléculas de agua libera energía, como se ha analizado anteriormente.
Por tanto, la melanina es capaz de transformar la energía lumínica en energía química, de forma análoga al proceso por el que las plantas utilizan el pigmento clorofila para transformar la energía lumínica en energía química durante la fotosíntesis. Por lo tanto, por analogía, este proceso se ha designado "fotosíntesis humana". Sin embargo, una distinción importante entre la reacción de división del agua llevada a cabo por la melanina y la llevada a cabo por la clorofila es que la reacción de división del agua por la clorofila solo puede producirse en una célula viva y con luz visible que tenga una longitud de onda en el intervalo de 400 nm a 700 nm. En cambio, la melanina puede dividir y reformar la molécula de agua fuera de una célula viva usando cualquier forma de energía electromagnética, particularmente con energía lumínica (visible o invisible) que tenga una longitud de onda en el intervalo de 200 nm a 900 nm para formar H2 y O2.
El documento US 2013/0288144 A1 divulga un dispositivo para realizar un proceso fotoelectroquímico para generar energía. El dispositivo comprende una celda que contiene una solución acuosa de un material electrolizador soluble en agua seleccionado de melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina y variantes de melanina. La luz se utiliza como principal o única fuente de energía, particularmente a longitudes de onda de entre 200 y 900 nm.
El documento WO 2010/116194 A1 divulga recipientes que comprenden depuradores de oxígeno para prevenir la degradación oxidativa de alimentos y bebidas envasados en tales recipientes. Como material depurador de oxígeno, se utiliza un medio de generación de hidrógeno que comprende un material activo dispuesto para generar hidrógeno molecular al reaccionar con la humedad, por ejemplo, metal de sodio, hidruro de sodio o borohidruro de sodio. Además de los medios de generación de hidrógeno, el recipiente comprende además un medio de control para controlar el paso de humedad desde el recipiente hasta el medio de generación de hidrógeno, reduciendo así la tasa de generación de hidrógeno. El recipiente puede comprender además un catalizador que facilite la reacción entre el hidrógeno molecular y el oxígeno molecular.
Breve sumario de la invención
Existe una necesidad en la técnica de métodos y procesos mejorados para conservar alimentos perecederos que superen determinadas desventajas asociadas con los métodos conocidos para conservar un alimento perecedero, tales como la adición de conservantes, refrigeración/congelación, secado/deshidratación de alimentos y almacenamiento al vacío. La invención satisface esta necesidad al proporcionar un proceso y un sistema para conservar un alimento perecedero en presencia de humedad del agua, energía electromagnética y melanina.
En un aspecto general, la invención se refiere a un proceso electroquímico para la conservación de al menos un alimento perecedero. De acuerdo con la reivindicación principal, el proceso comprende:
proporcionar un recipiente cerrado que contenga humedad del agua, el al menos un alimento perecedero y al menos un dispositivo electrolizador de agua, en donde el al menos un dispositivo electrolizador de agua comprende un sustrato inerte y melanina;
proporcionar una fuente de energía electromagnética al al menos un dispositivo electrolizador de agua en el recipiente para iniciar una reacción de electrólisis de agua mediante melanina del dispositivo electrolizador de agua para producir hidrógeno diatómico; y
mantener el al menos un alimento perecedero y el hidrógeno diatómico producido a partir de la electrólisis de agua mediante la melanina del dispositivo electrolizador de agua dentro del recipiente, de forma que se conserve el al menos un alimento perecedero.
El recipiente cerrado mencionado anteriormente tiene una forma rígida o una forma de forma libre seleccionada de una envoltura de plástico y una bolsa de plástico.
La fuente de energía electromagnética utilizada en este proceso se selecciona del grupo que consiste en energía lumínica visible y energía lumínica invisible.
En una realización preferida, la fuente de energía electromagnética comprende energía lumínica invisible o visible que tiene una longitud de onda de 200 nm a 900 nm. En otra realización preferida, la melanina comprende melanina natural o melanina sintética.
En otro aspecto general, la invención se refiere a un sistema de conservación de al menos un alimento perecedero. De acuerdo con las realizaciones de la invención, el sistema comprende:
(a) un recipiente cerrado que tiene una forma rígida o una forma libre seleccionada de una envoltura de plástico y una bolsa de plástico, y que contiene:
(i) humedad del agua;
(ii) al menos un dispositivo electrolizador de agua, en donde el al menos un dispositivo electrolizador de agua comprende un sustrato inerte y melanina; y
(iii) el al menos un alimento perecedero; y
(b) una fuente de energía electromagnética para irradiar el dispositivo electrolizador de agua en el recipiente, en donde la fuente de energía electromagnética se selecciona del grupo que consiste en energía lumínica visible y energía lumínica invisible.
Aunque no se conoce el mecanismo exacto por el cual se conserva el alimento perecedero, se cree que la reacción de electrólisis de agua catalizada por la melanina tras la irradiación con energía electromagnética como se describió anteriormente en la patente de EE. UU. n.° 8.455.145, por ejemplo, produce hidrógeno diatómico (H2) que es el principal responsable de los efectos conservantes observados de un alimento perecedero.
Los detalles de una o más realizaciones de la invención se exponen en la descripción, a continuación. Otras características y ventajas serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y las reivindicaciones adjuntas.
Descripción detallada de la invención
A menos que se definan de otro modo, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la materia a la que pertenece la presente invención. Por lo demás, determinados términos utilizados en el presente documento tienen los significados que se exponen en la memoria descriptiva.
Cabe destacar que, como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular "un", "una", y "el/la" incluyen referencia en plural a menos que el contexto indique claramente otra cosa.
La invención se refiere a procesos y sistemas electroquímicos para la conservación de un alimento perecedero. Aunque previamente se ha demostrado que la melanina puede catalizar la electrólisis de agua para generar H2 y O2 fuera de una célula viva, hasta ahora solo se ha demostrado que este proceso se produce con melanina sumergida en agua. Sin embargo, ahora se descubre que la melanina puede catalizar la electrólisis de agua para generar cantidades suficientes de hidrógeno diatómico en presencia de humedad del agua y energía electromagnética, sin necesidad de que la melanina esté sumergida en agua.
Tras la absorción de energía electromagnética en presencia de humedad del agua, la melanina puede iniciar la electrólisis de agua en hidrógeno diatómico y oxígeno diatómico, lo que se cree que produce hidrógeno diatómico en cantidades suficientes para proporcionar un efecto conservante significativo en un alimento perecedero. Debido a que el hidrógeno diatómico tiene un efecto antioxidante muy fuerte, el hidrógeno diatómico es muy estable y se produce más hidrógeno diatómico a partir de la reacción de electrólisis, se cree que los efectos antioxidantes del hidrógeno diatómico son mayores que los efectos oxidativos del oxígeno diatómico. De acuerdo con las realizaciones de la invención, la melanina se utiliza para producir hidrógeno diatómico a partir de la humedad del agua en presencia de energía lumínica invisible o visible.
Como se usa en el presente documento, la expresión "electrólisis de agua" se refiere a una reacción química en la que la molécula de agua (H2O) se divide en oxígeno diatómico (O2) e hidrógeno diatómico (H2). De acuerdo con las realizaciones de la invención, la electrólisis de agua es catalizada por un material electrolizador de agua.
Como se usa en el presente documento, "material electrolizador de agua" se refiere a una sustancia que es capaz de catalizar la electrólisis de agua, es decir, de dividir la molécula de agua en oxígeno e hidrógeno.
En conformidad con la invención, la melanina comprende melanina natural o sintética. "Melanina natural" se refiere a la melanina aislada de una fuente natural, tal como una planta o un animal. "Melanina sintética" se refiere a la melanina que se sintetiza químicamente.
Como se usa en el presente documento, "humedad" se refiere a la presencia de un líquido en pequeñas cantidades, de forma que se crea un ambiente húmedo. La expresión "humedad del agua" se refiere específicamente a la presencia de agua en una pequeña cantidad que crea un ambiente húmedo. La humedad del agua puede estar en forma de vapor de agua, es decir, agua presente en el aire en estado gaseoso. La humedad del agua también puede estar en forma de rocío. El término "rocío" se refiere al agua en forma de gotitas sobre una superficie, tal como una pared interior de un recipiente, debido a la condensación. En una realización preferida de la invención, el alimento perecedero a conservar es la fuente de la humedad del agua, y la humedad del agua procede al menos parcialmente de la liberación natural de la misma por parte del alimento perecedero.
A menos que se indique otra cosa, "deterioro de los alimentos", y "deteriorarse", cuando se usa con referencia a un alimento perecedero, se refieren al proceso por el cual los alimentos se deterioran o descomponen hasta el punto en que ya no son comestibles ni seguros para el consumo de mamíferos y, en particular, para el consumo de seres humano.
Como se usa en el presente documento, la expresión "alimento perecedero" se refiere a cualquier alimento que pueda descomponerse, estropearse o deteriorarse hasta el punto en que ya no es comestible o seguro para el consumo, por mamíferos, y en particular para el consumo por seres humanos. Un alimento perecedero también es un alimento que normalmente se estropea si no se almacena correctamente (por ejemplo, a alta temperatura en lugar de refrigerarlo) o si se almacena durante un período prolongado antes de su consumo. Un alimento perecedero utilizado en la invención puede ser cualquier sustancia producida por la tierra apta para el consumo de mamíferos, o cualquier sustancia preparada para el consumo de mamíferos. El alimento perecedero puede estar en cualquier estado físico, tal como líquido, sólido o semisólido, y preferentemente es el sólido (por ejemplo, queso) o el líquido (por ejemplo, leche).
El alimento perecedero incluye, pero sin limitarse a ello, frutas, hortalizas, aves de corral, carnes, pescado y productos lácteos. Los ejemplos de frutas perecederas incluyen, pero no se limitan a, manzanas, plátanos, frambuesas, fresas, arándanos, naranjas, uvas, mangos, piña, melón verde, melón cantalupo, sandía, peras, kiwi y moras. Los ejemplos de vegetales perecederos incluyen, pero no se limitan a, pepinos, pimientos, judías, brócoli, coliflor, coles de Bruselas, lechuga, espinaca, patatas, tomates y cebollas. Los ejemplos de aves de corral y carnes perecederas incluyen, pero no se limitan a pollo, pavo, ternera y cerdo. Los ejemplos de pescado perecedero incluyen, pero no se limitan a, marisco, tales como gambas y vieiras; salmón; atún; lubina; y fletán. Los ejemplos de productos lácteos perecederos incluyen, pero no se limitan a, yogur, leche, quesos y mantequilla.
Como se usa en el presente documento, los términos "conservan", "conservar", y "conservación", cuando se usa con referencia a un alimento perecedero, se refieren a conservar, reducir o retrasar el inicio del deterioro del alimento perecedero. De acuerdo con las realizaciones de la invención, el alimento perecedero puede conservarse al prevenir, reducir o retrasar la progresión del deterioro del alimento que se produce como resultado de la oxidación. En una realización, "conservar" se refiere a inhibir la oxidación del alimento perecedero. En otra realización, "conservar" se refiere a retrasar el inicio de la oxidación del alimento perecedero. En otra realización más, "conservar" se refiere a retrasar la progresión de la oxidación de un alimento perecedero.
Se puede usar cualquier método conocido en la técnica en vista de la presente divulgación para determinar si se ha evitado, reducido o retrasado el deterioro de los alimentos), tal como, por ejemplo, la inspección visual para determinar si hay moho o crecimiento de hongos en la superficie de los alimentos, decoloración (oscurecimiento) o podredumbre de los alimentos; oler el alimento para determinar si emana un olor desagradable del mismo; o análisis químicos para detectar el crecimiento de microorganismos que no son visibles a simple vista. El alimento perecedero puede inspeccionarse visualmente y olerse para determinar si se ha evitado, reducido o retrasado el deterioro del mismo. En una realización particular, el deterioro de los alimentos puede evaluarse determinando la cantidad de oscurecimiento o decoloración de los alimentos, o la velocidad a la que los alimentos se oscurecen o se decoloran, lo que es indicativo de la oxidación del alimento perecedero.
En un aspecto general, la invención proporciona un proceso electroquímico para conservar al menos un alimento perecedero como se define en la reivindicación principal. De acuerdo con la invención, un proceso electroquímico comprende proporcionar un recipiente cerrado que contiene humedad del agua, al menos un alimento perecedero y al menos un dispositivo electrolizador de agua, en donde el al menos un dispositivo electrolizador de agua comprende un sustrato inerte y melanina; proporcionar una fuente de energía electromagnética al al menos un dispositivo electrolizador de agua para iniciar una reacción de electrólisis de agua por melanina; y mantener el al menos un alimento perecedero y un dispositivo electrolizador de agua dentro del recipiente cerrado, conservando de este modo el alimento perecedero. La fuente de energía electromagnética se selecciona del grupo que consiste en energía lumínica visible y energía lumínica invisible.
El hidrógeno diatómico (H2), que es un antioxidante, se cree que se produce por la reacción de electrólisis de agua, o división de la molécula de agua, catalizada por la melanina en presencia de humedad del agua y una fuente de energía electromagnética de acuerdo con un proceso de la invención.
En realizaciones particulares, un proceso de la invención conserva un alimento perecedero al prevenir, reducir o retrasar la progresión de la oxidación del alimento perecedero.
En una realización particular, la energía lumínica visible o invisible tiene una longitud de onda entre 200 nm y 900 nm.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, al menos un dispositivo electrolizador de agua está presente en un recipiente cerrado en un proceso de la invención. El dispositivo electrolizador de agua está compuesto por un sustrato inerte y melanina, de manera que la melanina se mantenga sobre o dentro del sustrato. La melanina puede dispersarse por todo el sustrato o adsorberse sobre el sustrato inerte. Preferentemente, el sustrato es transparente a la energía electromagnética para permitir una transmisión aumentada de la energía electromagnética a la melanina, dando como resultado una electrólisis aumentada del agua.
De acuerdo con otra realización de la invención, se puede utilizar más de un dispositivo electrolizador de agua. Por ejemplo, un primer dispositivo electrolizador de agua que comprende melanina y un segundo dispositivo electrolizador de agua que comprende eumelanina pueden utilizarse ambos en un proceso para conservar un alimento perecedero de acuerdo con la invención. Como otro ejemplo ilustrativo y no limitante, en un proceso de la invención se puede usar más de un dispositivo electrolizador, cada uno de los cuales comprende melanina.
En una realización preferida, la melanina comprende melanina natural o melanina sintética. Para obtener melanina puede utilizarse cualquier método conocido en la técnica a la vista de la presente divulgación. Por ejemplo, la melanina puede sintetizarse químicamente o aislarse de fuentes naturales, tales como plantas y animales. La melanina también se puede sintetizar a partir de aminoácidos precursores de la melanina, tales como la L-tirosina. La melanina también se puede obtener de fuentes comerciales.
El sustrato del dispositivo electrolizador de agua puede ser cualquier inerte, incluyendo, pero sin limitación, sílice, plástico y vidrio. Preferentemente, el sustrato es sílice, de manera que un dispositivo electrolizador de agua es una mezcla de sílice y melanina. El dispositivo electrolizador de agua puede ser, por ejemplo, una placa o cubo de melanina/sílice, cualquiera de los cuales se puede fabricar combinando una mezcla de cementación de sílice con una solución acuosa de melanina.
En una realización preferida, un dispositivo electrolizador de agua para su uso en la invención es melanina (sintética o natural) mezclada con sílice. Preferentemente, la melanina se dispersa en el sílice, formando una mezcla homogénea de melanina y sílice.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, el dispositivo electrolizador de agua puede adoptar cualquier tamaño o forma, incluyendo, pero sin limitación, una forma de barra (cilíndrica), placa, esfera o cubo. Se puede utilizar al menos un dispositivo electrolizador de agua, pero el número de dispositivos electrolizadores de agua, y el tamaño o forma de los dispositivos electrolizadores de agua, no están limitados de ninguna manera. La velocidad de producción de hidrógeno diatómico (H2) dependerá de una diversidad de factores y se puede controlar variando, por ejemplo, el tamaño, forma, superficie, cantidad de melanina en el dispositivo y/o número de dispositivos electrolizadores de agua presentes en el recipiente cerrado.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, el tamaño, la forma y el número de dispositivos de electrólisis de agua se seleccionan basándose en la velocidad y la cantidad deseadas de electrólisis de agua catalizada por la melanina. Por ejemplo, el uso de un mayor número de dispositivos electrolizadores de agua dará como resultado una cantidad aumentada de electrólisis de agua y/o una velocidad aumentada de electrólisis de agua. Como otro ejemplo ilustrativo, una mayor cantidad de melanina en uno o más dispositivos electrolizadores de agua también dará como resultado una cantidad aumentada de electrólisis de agua y/o una velocidad aumentada de electrólisis de agua. Está dentro del alcance de un experto en la materia determinar el tamaño y la forma del dispositivo electrolizador de agua, el número de dispositivos electrolizadores de agua utilizados y la melanina específica y la cantidad de melanina utilizada en el dispositivo electrolizador de agua para lograr resultados óptimos en la conservación de un alimento perecedero.
En una realización preferida de la invención, el dispositivo electrolizador de agua tiene forma de cubo. En una realización más preferida, en un proceso electroquímico de la invención se utilizan múltiples dispositivos electrolizadores de agua, cada uno con forma de cubo.
El dispositivo electrolizador de agua puede fabricarse por cualquier método conocido en la técnica. Por ejemplo, los dispositivos electrolizadores de agua de melanina-sílice se pueden fabricar combinando polvo de sílice, agua purificada y melanina en un recipiente fabricado de un material inerte. Los componentes se mezclan y la mezcla se deja endurecer, de modo que la mezcla endurecida adopte la forma del recipiente. Preferentemente, se añade melanina a una concentración de unos 5 g/l de agua purificada. Los dispositivos electrolizadores de agua se pueden fabricar en cualquier forma de acuerdo con este mismo proceso mezclando polvo de sílice, agua y melanina en un recipiente que tenga la forma deseada, y posteriormente dejando que la mezcla se endurezca en el recipiente. El polvo de sílice se puede sustituir por cualquier otro material inerte para producir dispositivos electrolizadores de agua que tengan como sustrato un material distinto al sílice. En determinadas realizaciones de la invención, el dispositivo electrolizador de agua es poroso para permitir que la humedad del agua entre en contacto con la melanina y para la liberación de cualquier hidrógeno diatómico producido por el dispositivo electrolizador de agua.
Los dispositivos electrolizadores de agua se pueden disponer de cualquier forma dentro del recipiente cerrado. Los dispositivos electrolizadores de agua pueden ponerse en contacto con el alimento perecedero, o pueden colocarse a lo largo del contenedor de forma que estén separados del alimento perecedero. De acuerdo con las realizaciones de la invención, cuanto más cerca se coloquen los dispositivos electrolizadores de agua de los alimentos, mayor será el efecto conservante observado. Si el alimento perecedero es un líquido, los dispositivos electrolizadores de agua se pueden añadir directamente al líquido, o sumergirse en el líquido. Aunque la melanina se puede añadir en forma líquida o sólida directamente al alimento perecedero (sustancias sólidas, líquidas o semisólidas/semilíquidas), la melanina no sería fácilmente recuperable del alimento perecedero antes del consumo. Por consiguiente, el uso de un dispositivo electrolizador de agua que comprende la melanina permite que la melanina permanezca separada del alimento perecedero, de manera que se pueda sacar fácilmente del recipiente y reutilizar indefinidamente, reduciendo así los costos del proceso.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, se inicia un proceso electroquímico proporcionando una fuente de energía electromagnética al dispositivo electrolizador de agua. La melanina del dispositivo electrolizador de agua absorbe la energía electromagnética y, posteriormente, cataliza la electrólisis de agua en hidrógeno diatómico (H2) y oxígeno diatómico (O2). De acuerdo con las realizaciones de la invención, el agua está presente en forma de humedad del agua. Adicionalmente, la melanina puede tener moléculas de agua estrechamente enlazadas, y se cree que el contenido de agua asociado de la melanina es de al menos el 40 %. Por tanto, la fuente de agua para la reacción de electrólisis de agua catalizada por la melanina también pueden ser las moléculas de agua enlazadas. Preferentemente, la humedad del agua es agua que se ha condensado en la superficie del alimento perecedero, o en una o más de las superficies interiores del recipiente cerrado, o en ambas. En una realización preferida, la humedad del agua se libera naturalmente a partir del alimento perecedero.
De acuerdo con una realización particular de la invención, la energía electromagnética es luz visible o invisible que tiene una longitud de onda que varía de 200 nm a 900 nm. En una realización preferida, la fuente de energía fotoeléctrica es la luz natural.
Un proceso electroquímico para la conservación de un alimento perecedero de acuerdo con la invención se lleva a cabo en un recipiente cerrado. El uso de un recipiente cerrado tiene al menos dos fines. El primero consiste en evitar la pérdida de una parte importante de la humedad del agua presente en el recipiente. El segundo es mantener el alimento perecedero en contacto con el dispositivo electrolizador de agua para conservar el alimento perecedero. En una realización preferida, el recipiente cerrado tiene un sello hermético.
Un recipiente cerrado para su uso en un proceso de la invención tiene una forma rígida o una forma libre seleccionada de una envoltura de plástico y una bolsa de plástico; el recipiente puede ser de cualquier tamaño o forma. El recipiente cerrado puede estar fabricado de cualquier material adecuado, incluyendo, pero sin limitación, plásticos, tal como polietileno; vidrio; y cualquier otro material que permita la transmisión de las longitudes de onda deseadas de energía electromagnética en el recipiente cerrado, de manera que la melanina pueda absorber la energía electromagnética en el dispositivo electrolizador de agua. El material del recipiente cerrado es preferentemente transparente a la luz para permitir la transmisión de la luz visible. El material del recipiente cerrado también es de preferencia sustancialmente impermeable al hidrógeno diatómico.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, el proceso electroquímico comprende mantener el al menos un alimento perecedero y un dispositivo electrolizador de agua dentro del recipiente, conservando así el al menos un alimento perecedero. La cantidad de tiempo que el alimento perecedero y el dispositivo electrolizador de agua se mantienen dentro del recipiente puede variar dependiendo de diversos factores, tales como el alimento perecedero a conservar, la temperatura, el número de dispositivos electrolizadores de agua en el recipiente, la cantidad de melanina en cada dispositivo electrolizador de agua, etc. En una realización preferida, el alimento perecedero y el dispositivo electrolizador de agua se mantienen dentro del recipiente hasta que se va a consumir el alimento perecedero.
Un proceso electroquímico de acuerdo con la invención se puede utilizar para conservar cualquier alimento perecedero en vista de la presente divulgación, incluyendo, pero sin limitación, frutas, hortalizas, carnes, aves de corral y productos lácteos. Preferentemente, el alimento perecedero es una fruta u hortaliza, y más preferentemente, una fruta, tal como plátanos o manzanas. El alimento perecedero para su uso en un proceso de la invención puede estar pelado o sin pelar. Como ejemplo ilustrativo, un plátano que tiene una cáscara intacta (es decir, sin pelar) se puede conservar usando un proceso electroquímico de la invención. Como otro ejemplo ilustrativo, una manzana cortada por la mitad o a la que se le ha quitado parcialmente la piel, de manera que la pulpa quede expuesta (es decir, pelada) también se puede conservar usando un proceso electroquímico de la invención.
En una realización de la invención, solo hay un alimento perecedero en el recipiente cerrado. En otra realización, hay más de un alimento perecedero en el recipiente cerrado. Cuando haya más de un alimento perecedero en el recipiente, los alimentos perecederos pueden ser iguales o distintos. Por ejemplo, varias manzanas pueden estar en el mismo recipiente. Como otro ejemplo, una manzana y un plátano pueden estar en el mismo recipiente.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, el proceso electroquímico puede iniciarse antes del inicio de cualquier deterioro de los alimentos, tal como oxidación o decoloración del alimento perecedero, para evitar el deterioro. Sin embargo, el proceso electroquímico también se puede iniciar después del inicio del deterioro de los alimentos para evitar cualquier deterioro adicional de los alimentos o para reducir la velocidad de deterioro continuo de los alimentos.
El proceso electroquímico para la conservación de un alimento perecedero se puede realizar a cualquier temperatura a la que se sepa que la melanina es estable (aproximadamente -150 °C a 500 °C). De acuerdo con una realización preferida de la invención, el proceso electroquímico se realiza a una temperatura que varía de 0 °C a 50 °C, más preferentemente de 12 °C a 30 °C, y muy preferentemente a temperatura ambiente (aproximadamente 25 °C). Debido a que la melanina puede absorber cualquier longitud de onda de energía electromagnética y no necesariamente precisa luz natural, el proceso también se puede realizar en un frigorífico (aproximadamente 4 °C). La realización del proceso electroquímico bajo refrigeración puede tener la ventaja de conservar el alimento perecedero durante un periodo de tiempo aún más largo debido a los efectos conservantes añadidos de la refrigeración y el almacenamiento a temperaturas más bajas.
Muchos factores afectarán la velocidad y la eficacia de un proceso electroquímico para conservar un alimento perecedero de acuerdo con las realizaciones de la invención. Estos factores incluyen, pero no se limitan a, la cantidad y la longitud de onda particular de la energía electromagnética suministrada al recipiente; el número de dispositivos electrolizadores de agua; la cantidad y tipo de melanina en el dispositivo electrolizador de agua; la cantidad de energía electromagnética absorbida por la melanina; y la cantidad de humedad del agua en el recipiente.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, la reacción de electrólisis de agua puede ser catalizada por melanina, en donde la melanina es el único material electrolizador de agua usado en el proceso. Por tanto, en realizaciones particulares de la invención, la melanina es el único material electrolizador del agua utilizado en un proceso electroquímico para la conservación de un alimento perecedero. De acuerdo con una realización particularmente preferida, la melanina (sintética o natural) es el único material electrolizador del agua utilizado en un proceso de conservación de un alimento perecedero.
Otro aspecto de la invención proporciona un sistema para conservar al menos un alimento perecedero. Un sistema de acuerdo con la invención comprende:
(a) un recipiente cerrado que tiene una forma rígida o una forma libre seleccionada de una envoltura de plástico y una bolsa de plástico, y que contiene:
(i) humedad del agua;
(ii) al menos un dispositivo electrolizador de agua, en donde el al menos un dispositivo electrolizador de agua comprende un sustrato inerte y melanina; y
(iii) al menos un alimento perecedero; y
(b) una fuente de energía electromagnética para irradiar el al menos un dispositivo electrolizador de agua en el recipiente, en donde la fuente de energía electromagnética se selecciona del grupo que consiste en energía lumínica visible y energía lumínica invisible.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, un recipiente cerrado de un sistema contiene humedad del agua, al menos un alimento perecedero y al menos un dispositivo electrolizador de agua. El recipiente cerrado está sellado, preferentemente con cierre hermético a los gases. El recipiente cerrado, que tiene una forma rígida o una forma libre seleccionada de una envoltura de plástico y una bolsa de plástico, puede ser de cualquier tamaño o forma, y puede estar fabricado de cualquier material adecuado en vista de la presente divulgación. En una realización preferida, el recipiente cerrado está fabricado de plástico u otro material que es sustancialmente impermeable al H2. Usar un recipiente con un sello hermético para los gases fabricado con un material que sea sustancialmente impermeable al H2 evitará el escape de cualquier hidrógeno diatómico producido por el proceso electroquímico, lo que, por tanto, se cree que potencia los efectos conservantes del proceso sobre el alimento perecedero.
De acuerdo con las realizaciones de la invención, un sistema comprende al menos un dispositivo electrolizador de agua. El dispositivo (o dispositivos) electrolizadores de agua se mantiene dentro del recipiente del sistema. Se puede utilizar cualquiera de los dispositivos electrolizadores de agua descritos en el presente documento. Preferentemente, se utilizan uno o más dispositivos electrolizadores de agua compuestos por una mezcla de sílice y melanina (natural o sintética).
De acuerdo con las realizaciones de la invención, la energía proporcionada por la fuente de energía electromagnética al recipiente cerrado se transmite a través del recipiente, de manera que la melanina del dispositivo electrolizador de agua la absorbe. En una realización preferida, la fuente de energía electromagnética proporciona energía lumínica invisible o visible que tiene una longitud de onda de entre 200 nm y 900 nm al recipiente cerrado.
En una realización preferida, la melanina del sistema comprende melanina natural o sintética. En otra realización preferida, la melanina es el único material electrolizador de agua presente en el sistema.
En conformidad con la presente invención, el proceso electroquímico para la conservación de un alimento perecedero es un proceso fotoelectroquímico cuya fuente de energía electromagnética es la energía lumínica visible, preferentemente energía lumínica natural o energía lumínica invisible. En una realización preferida, la humedad del agua del sistema procede al menos parcialmente del al menos un alimento perecedero, por ejemplo, por la liberación natural de agua a partir del alimento perecedero.
El proceso y sistema electroquímico para la conservación de un alimento perecedero de acuerdo con realizaciones de la invención, se pueden llevar a cabo con la humedad del agua, un dispositivo electrolizador de agua que comprende melanina y energía electromagnética, tal como energía lumínica, sin necesidad de ningún otro tipo de material electrolizador de agua. Debido a que la melanina es una de las moléculas más estables conocidas por el hombre, que tiene una semivida estimada en el orden de millones de años, la melanina o el dispositivo electrolizador de agua pueden utilizarse durante décadas antes de que sea necesario sustituirlos. Por tanto, no se precisa una configuración o mantenimiento complejo.
El mecanismo preciso por el cual la melanina puede usar energía electromagnética y catalizar la electrólisis de agua para producir hidrógeno diatómico aún no se comprende completamente. Sin desear quedar ligados a ninguna teoría, se cree que la melanina absorbe la energía electromagnética, propiciando la conversión de electrones de baja energía a electrones de alta energía. Se cree que los electrones de alta energía son transferidos por transportadores de electrones móviles dentro de la melanina.
Esta transferencia de electrones libera energía y establece un gradiente de protones suficiente para iniciar la división del agua en hidrógeno diatómico (H2) y oxígeno diatómico (O2) junto con la liberación de cuatro electrones de alta energía.
Los siguientes ejemplos de la invención son para ilustrar adicionalmente la naturaleza de la invención. Debe entenderse que los siguientes ejemplos no limitan la invención y que el alcance de la invención está determinado por las reivindicaciones adjuntas.
Ejemplos
Ejemplo 1: Conservación de manzanas por un proceso electroquímico de la invención.
Se cortaron dos manzanas por la mitad a través del corazón. Las dos mitades de una manzana se envolvieron juntas en una lámina de plástico transparente, con el lado cortado de la manzana hacia arriba, junto con cinco cubos fabricados de melanina mezclada con sílice (dispositivo electrolizador de agua) colocados al azar alrededor de las mitades de manzana. Cada uno de los cubos de melanina/sílice tenía un tamaño promedio de 1 cm x 1 cm x 1 cm. Los cubos se produjeron mezclando agua, polvo de sílice y melanina en un recipiente del mismo tamaño, y dejando que la mezcla de agua/sílice/melanina se endurezca dentro del recipiente. Las dos mitades de la otra manzana se envolvieron juntas en una lámina de plástico transparente sin cubos de melanina/sílice como control. Las manzanas envueltas en plástico se almacenaron a temperatura ambiente (25 °C) y se expusieron a la luz natural (visible) durante aproximadamente 5 semanas. La humedad del agua para el proceso era la humedad natural producida por las manzanas a partir de la humedad dentro del microambiente de la manzana envuelta en plástico. No se envolvió ningún otro material electrolizador de agua con las manzanas.
La pulpa expuesta de las manzanas no presentó oscurecimiento u otra decoloración al comienzo del experimento, indicando que se había producido una oxidación mínima o nula. Sin embargo, tras un periodo de incubación de aproximadamente 5 semanas a temperatura ambiente, la pulpa expuesta de las manzanas envueltas en plástico con los cubos de melanina/sílice mostró significativamente menos oscurecimiento (oxidación) que la pulpa de las manzanas envueltas en plástico sin los cubos de melanina/sílice. Adicionalmente, en el transcurso del período de incubación, la velocidad de oscurecimiento (decoloración) de la pulpa expuesta de la manzana envuelta con los cubos de melanina/sílice se redujo en comparación con la velocidad de oscurecimiento de la pulpa expuesta de la manzana envuelta sin los cubos de melanina/sílice.
Los resultados del experimento anterior demuestran que, en presencia de humedad del agua, melanina y energía lumínica, se puede conservar la pulpa del alimento perecedero pelado, tales como manzanas.
Ejemplo 2: Conservación de plátanos por un proceso electroquímico de la invención
Dos plátanos, cada uno con una cáscara intacta, se envolvieron por separado en una lámina de plástico transparente. Un plátano se envolvió en una lámina de plástico con cinco cubos de sílice mezclados con melanina (dispositivo electrolizador de agua) colocados al azar alrededor del plátano. Cada uno de los cubos de melanina/sílice tenía un tamaño medio de 1 cm x 1 cm x 1 cm. Los cubos de melanina/sílice se produjeron mezclando agua, polvo de sílice y melanina en un recipiente del mismo tamaño, y dejando que la mezcla de agua/sílice/melanina se endurezca dentro del recipiente. El otro plátano se envolvió en lámina de plástico transparente sin ninguno de los cubos de melanina/sílice como control. Los plátanos envueltos en plástico se almacenaron a temperatura ambiente (25 °C) y se expusieron a la luz visible durante aproximadamente 2 semanas. La humedad del agua para el proceso era la humedad natural producida por los plátanos a partir de la humedad dentro del microambiente del plátano envuelto en plástico.
No se envolvió ningún otro material electrolizador de agua con los plátanos.
La superficie exterior de las cáscaras de plátano tenía muy pocas, en caso de haberlas, manchas marrones (es decir, se había producido una oxidación mínima o nula) al comienzo del experimento. Sin embargo, tras un periodo de incubación de aproximadamente dos semanas a temperatura ambiente, la cáscara del plátano envuelto en plástico con los cubos de melanina/sílice era significativamente menos marrón que la cáscara del plátano envuelto en plástico sin los dispositivos electrolizadores de agua. Adicionalmente, en el transcurso del período de incubación, la velocidad de oscurecimiento (decoloración) de la piel del plátano envuelto con los cubos de melanina/sílice se redujo en comparación con la velocidad de oscurecimiento de la piel del plátano envuelto sin los cubos de melanina/sílice.
Los resultados del experimento anterior demuestran que, en presencia de humedad del agua, melanina y energía lumínica, se pueden conservar un alimento perecedero sin pelar, tales como los plátanos.
La presente invención no se limita a las realizaciones particulares divulgadas, la invención es como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso electroquímico para la conservación de al menos un alimento perecedero, comprendiendo el proceso: proporcionar un recipiente cerrado que contenga humedad del agua, el al menos un alimento perecedero y al menos un dispositivo electrolizador de agua, en donde el al menos un dispositivo electrolizador de agua comprende un sustrato inerte y melanina, y en donde el recipiente tiene una forma rígida o una forma libre seleccionada de una envoltura de plástico y una bolsa de plástico;
proporcionar una fuente de energía electromagnética al al menos un dispositivo electrolizador de agua en el recipiente para iniciar una reacción de electrólisis de agua mediante melanina del dispositivo electrolizador de agua para producir hidrógeno diatómico, en donde la fuente de energía electromagnética se selecciona del grupo que consiste en energía lumínica visible y energía lumínica invisible; y
mantener el al menos un alimento perecedero y el hidrógeno diatómico producido a partir de la electrólisis de agua mediante la melanina del dispositivo electrolizador de agua dentro del recipiente, de forma que se conserve el al menos un alimento perecedero.
2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la fuente de energía electromagnética comprende energía lumínica visible o invisible que tiene una longitud de onda de entre 200 nm y 900 nm.
3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el sustrato del al menos un dispositivo electrolizador de agua comprende sílice.
4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la melanina se dispersa en el sílice formando una mezcla del sílice y la melanina.
5. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la melanina comprende melanina natural o melanina sintética.
6. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la melanina es el único material electrolizador de agua utilizado en el proceso.
7. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el al menos un alimento perecedero se selecciona del grupo que consiste en frutas, hortalizas, carnes, aves de corral, pescado y productos lácteos.
8. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se previene, reduce o retrasa la oxidación del alimento perecedero para conservar el alimento perecedero.
9. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el recipiente cerrado está fabricado de un material que es sustancialmente impermeable al H2.
10. Un sistema para la conservación de al menos un alimento perecedero, comprendiendo el sistema:
(a) un recipiente cerrado que tiene una forma rígida o una forma libre seleccionada de una envoltura de plástico y una bolsa de plástico, y que contiene:
(i) humedad del agua;
(ii) al menos un dispositivo electrolizador de agua, en donde el al menos un dispositivo electrolizador de agua comprende un sustrato inerte y melanina; y
(iii) el al menos un alimento perecedero; y
(b) una fuente de energía electromagnética para irradiar el al menos un dispositivo electrolizador de agua en el recipiente, en donde la fuente de energía electromagnética se selecciona del grupo que consiste en energía lumínica visible y energía lumínica invisible.
11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la fuente de energía electromagnética comprende energía lumínica visible o invisible que tiene una longitud de onda de 200 nm a 900 nm.
12. El sistema de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, en donde el sustrato del al menos un dispositivo electrolizador de agua comprende sílice.
13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la melanina se dispersa en el sílice formando una mezcla del sílice y la melanina.
14. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde la melanina comprende melanina natural o melanina sintética.
15. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en donde la melanina es el único material electrolizador de agua presente en el recipiente.
16. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, en donde el al menos un alimento perecedero se selecciona del grupo que consiste en frutas, hortalizas, aves de corral, carnes, pescado y productos lácteos.
17. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, en donde la humedad del agua procede al menos parcialmente de la liberación natural por parte del al menos un alimento perecedero.
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