Aplicaciones del sincrotrón Alba en la industria cárnica

La industria agroalimentaria es uno de los sectores que puede servirse de las aplicaciones del sincrotrón Alba, un acelerador de partículas que permite observar estructuras moleculares como si se tratara de un gran microscopio. La fuente de luz del sincrotrón Alba es la instalación científica singular más importante del suroeste de Europa y se pone a la disposición de la industria para el desarrollo de cualquier estudio e investigación.

El sincrotrón Alba es una infraestructura científica de tercera generación situada en Cerdanyola del Vallès (Barcelona) y es la más importante de la zona del Mediterráneo. Se trata de un complejo de aceleradores de electrones para producir luz de sincrotrón, que permite visualizar la estructura atómica y molecular de los materiales y estudiar sus propiedades.

La energía del haz de electrones que se genera en el Alba es de 3 GeV y se consigue mediante la combinación de un acelerador lineal (LINAC) y un propulsor de baja emitancia y máxima potencia colocado en el mismo túnel que el anillo de almacenamiento. El sincrotrón Alba tiene un perímetro de 270 metros y 17 tramos rectos disponibles para la instalación de dispositivos de inserción.

Esta gran infraestructura científica genera unas 6.000 horas de luz anualmente y está disponible para ofrecer servicio a más de 1.000 investigadores de la comunidad académica y del sector industrial cada año. Desde 2012 aloja usuarios oficiales procedentes de instituciones españolas (75%) y también de otros países (25%).

Las áreas de aplicación del sincrotrón pasan por la caracterización de propiedades estructurales, químicas, electrónicas y magnéticas de los materiales, así como tomografía de rayos X y el desarrollo de imágenes en alta resolución. “Tenemos las técnicas más avanzadas del mercado, por lo que los resultados que ofrecemos son exclusivos, nadie más los puede conseguir. Además, somos los más rápidos en ofrecerlos”, afirma Alejandro Sánchez, director de la Oficina Industrial del sincrotrón Alba.

Así, el principal objetivo de Alba es investigar, aplicar y mantener las metodologías y técnicas para llevar a cabo proyectos de I+D basados en luz de sincrotrón, aportando conocimiento y valor a las comunidades científica e industrial, principalmente en España, con el objetivo final de contribuir a la mejora del bienestar y el progreso de la sociedad.

“La caracterización de los materiales utilizando el sincrotrón tiene grandes ventajas como la rapidez, la mejora de la resolución espectral, una mayor penetración y un límite de detección mucho mayor”, indica Edward Mitchell, responsable de Desarrollo de Negocio de European Synchroton Radiation Facility (ESRF).

1. Se producen los electrones, de la misma forma que en un tubo de televisión. Después son preacelerados por campos eléctricos en un acelerador lineal.
2. Se aceleran en el anillo propulsor con campos magnéticos (20.000 veces más potentes que el campo magnético terrestre) hasta llegar a velocidades muy cercanas a las de la luz.
3. Se almacenan y se mantienen dentro del anillo usando campos magnéticos.
4. Los electrones acelerados, al pasar por los campos magnéticos, experimentan un giro que provoca la generación de luz de sincrotrón, que se propaga hasta las líneas de luz.
5. En las líneas se selecciona la longitud de onda que interesa para cada experimento
6. La luz de sincrotrón ilumina la muestra que se tiene que analizar. Un detector recoge la imagen que se genera debido a la interacción luz-muestra.
7. La imagen proyectada es escaneada, almacenada y se analiza por ordenador.

La ESRF lleva años aplicando sincrotrones en la industria agroalimentaria. Un ejemplo de ello es el desarrollo de semillas de cultivo mejoradas gracias a la visualización en 3D del interior de estas semillas gracias a la luz del sincrotrón. Esta visualización, mediante la técnica de holotomografía, mostró que existe una red de espacios entre las células que puede ser utilizada para el almacenamiento del oxígeno necesario para una germinación eficiente.

Miguel A. García, director científico del sincrotrón Alba, junto a Edward Mitchell, responsable de Desarrollo de Negocio de European Synchroton Radiation Facility (ESRF).

Otro ejemplo es la reformulación del helado mediante la técnica de microtomografía de rayos X a baja temperatura, que mostró la microscópica estructura del helado: cristales de hielo y burbujas de aire. Esta estructura mostraba variaciones entre muestras de helado muy frío y otras que habían sufrido grandes descensos de temperatura. El objetivo de esta investigación era evitar que el helado se deshaga tan rápido para otorgarle una vida útil más larga.

La mejora del pan es otro de los desarrollos elaborados con el sincrotrón. Se trataba de conocer qué sucede en el interior del pan durante el proceso de fermentación en el horneado. Para ello, se utilizó la técnica de la microtomografía para ver la microestructura del pan, la fracción de huecos entre distintas formulaciones y los diámetros de burbuja entre varias medidas iniciales.

Por último, la reducción de grasas ha sido otro de los proyectos elaborados gracias al sincrotrón. La continua búsqueda de productos más sanos implica la aplicación de alternativas a las rutas estructurales tradicionales de sistemas ricos en aceites basados en grasas saturadas. Para ir dando solución a este problema, se buscaron las grasas saturadas en la estructura de varios alimentos con el objetivo de reducirlas o sustituirlas mediante estudios de rayos X de pequeño ángulo.