Fabricación y control de un sistema de desinfección con UV-C LED para ajo (Allium sativum L.) utilizado en siembra

Palabras clave: Agroindustria, automatización, desinfección de alimentos, diodo emisor de luz (LED), semilla de ajo (Allium Sativum), ultravioleta tipo C

Resumen

El proceso de desinfección es esencial para prevenir proliferación de bacterias que pueden contaminar los alimentos causando pérdida dentro de la cadena de suministro. Por lo tanto, el objetivo de la propuesta tuvo como finalidad la fabricación y control de un sistema de desinfección integrando una banda transportadora multinivel y luz UV-C LED. La metodología consistió en adaptar la automatización al mecanismo, mediante la programación con base en GEMMA y GRAFCET. Se integró un Controlador Lógico Programable (PLC, por sus siglas en inglés) e Interfaz Hombre Máquina (HMI, por sus siglas en inglés) como elementos de control. Adicionalmente, se configuraron diferentes rutinas como la velocidad de la banda, altura de las lámparas, el tiempo de exposición, paro de emergencia y emisión de la luz UV-C LED en cada zona de radiación. Se realizó un conteo microbiológico para evaluar el proceso de desinfección de la semilla de ajo (Allium sativum L.), utilizando dosis reportadas en la literatura. Los resultados demostraron que la propuesta es un producto científico tecnológico semi-industrial. Los niveles de la banda transportadora permiten que la semilla de ajo rote durante el proceso de desinfección. Con un efecto germicida del 92.30 % en mesófilos aerobios, se atiende adecuadamente el funcionamiento de los mecanismos de transporte y emisión de luz UV-C LED. Se puede concluir que el sistema puede adaptarse a cualquier producto del sector agroindustrial, además la automatización se puede extender con la inclusión de mayores parámetros. Para trabajo futuro queda determinar la mejor dosis, manejo de otros productos y combinaciones de radiación UV LED, así como un conteo microbiológico más exhaustivo. 

Biografía del autor/a

Edgar Zacarías-Moreno, CIATEQ, A. C. Centro de Tecnología Avanzada, México

CIATEQ, A. C. Centro de Tecnología Avanzada, Tecnológico Nacional de México, Aguascalientes-México,
edgar.zm@parteaga.tecnm.mx

José Alejandro García-Arredondo, CIATEQ, A. C. Centro de Tecnología Avanzada, México

CIATEQ, A. C. Centro de Tecnología Avanzada, México, algarcia@ciateq.mx

Nivia Iracemi Escalante-García, Tecnológico Nacional de México, México

Tecnológico Nacional de México, Aguascalientes-México, nivia.eg@pabellon.tecnm.mx 

José Alonso Dena-Aguilar, Tecnológico Nacional de México, México

Tecnológico Nacional de México, Aguascalientes-México, jose.da@pabellon.tecnm.mx

Israel Álvarez-Ramírez, Tecnológico Nacional de México, México

Tecnológico Nacional de México, Aguascalientes-México, israel.ar@pabellon.tecnm.mx

José Ernesto Olvera-González, Tecnológico Nacional de México, México

Tecnológico Nacional de México, Aguascalientes-México, jose.og@pabellon.tecnm.mx

Referencias bibliográficas

A. H. Dar, O. Bashir, S. Khan, A. Wahid, and H. A. Makroo, “4 - Fresh-cut products: Processing operations and equipments,” in Fresh-Cut Fruits and Vegetables, M. Wasim Siddiqui, Ed, Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2020, pp. 77–97. https://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-816184-5.00004-5

C. D. Iwu, and A. I. Okoh, “Preharvest transmission routes of fresh produce associated bacterial pathogens with outbreak potentials: A review,” International Journal of Environmental Research and Public Health, vol. 16, no. 22. p. 4407, Nov. 2019. https://doi.org/10.3390/ijerph16224407

FAO, IFAD, UNICEF, WFP and WHO, The State of Food Security and Nutrition in the World, Repurposing food and agricultural policies to make healthy diets more affordable, Rome, 2022. https://doi.org/10.4060/cc0639en

C. H. Sommers, J. E. Sites, and M. Musgrove, “Ultraviolet Light (254 nm) Inactivation of Pathogens on Foods and Stainless Steel Surfaces,” J. Food Saf., vol. 30, no. 2, pp. 470–479, May. 2010. https://dx.doi.org/10.1111/j.1745-4565.2010.00220.x

A. Birmpa, V. Sfika, and A. Vantarakis, “Ultraviolet light and Ultrasound as non-thermal treatments for the inactivation of microorganisms in fresh ready-to-eat foods,” Int. J. Food Microbiol., vol. 167, no. 1, pp. 96–102, Oct. 2013. https://dx.doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2013.06.005

K. Dostert, M. Sigle, and W. Liu, “Narrowband characterisation in an office environment,” in MIMO Power Line Communications: Narrow and Broadband Standards, EMC, and Advanced Processing, L. Torsten Berger, A. Schwager, P. Pagani, and D. Schneider, Boca Ratón, Florida, USA: CRC Press, 2017, pp. 39–68. https://dx.doi.org/10.1201/b16540

A. A. Gabriel, A. M. P. Tongco, and A. A. Barnes, “Utility of UV-C radiation as anti-Salmonella decontamination treatment for desiccated coconut flakes,” Food Control, vol. 71, pp. 117–123, Jan. 2017. https://dx.doi.org/10.1016/j.foodcont.2016.06.026

C. Arroyo, A. Dorozko, E. Gaston, M. O’Sullivan, P. Whyte, and J. G. Lyng, “Light based technologies for microbial inactivation of liquids, bead surfaces and powdered infant formula,” Food Microbiol., vol. 67, pp. 49–57, Oct. 2017. https://dx.doi.org/10.1016/j.fm.2017.06.001

H. Fereshteh-Sadat, A. Hamid-Reza, H. Maghsoudi, R. Hajimohammadi-Farimani, and M. Balvardi, “Effects of a rotational UV‐C irradiation system and packaging on the shelf life of fresh pistachio,” J. Sci. Food Agric., vol. 99, no. 11, pp. 5229–5238, Aug. 2019. https://dx.doi.org/10.1002/jsfa.9763

T. Koutchma, “Advances in ultraviolet light technology for non-thermal processing of liquid foods,” Food and Bioprocess Technology, vol. 2, no. 2. pp. 138–155, Jan. 2009. https://dx.doi.org/10.1007/s11947-008-0178-3

K. Do-kyun, and K. Dong-Hyun, “Effect of surface characteristics on the bactericidal efficacy of UVC LEDs,” Food Control, vol. 108, p. 106869, Feb. 2020. https://dx.doi.org/10.1016/j.foodcont.2019.106869

R. S. Bergman, “Germicidal UV Sources and Systems,” Photochemistry and Photobiology, vol. 97, no. 3. pp. 466–470, May-Jun. 2021. https://dx.doi.org/10.1111/php.13387

Y. Zhao, and J. Dong, “Effect of inactivating RNA viruses by coupled UVC and UVA LEDs evaluated by a viral surrogate commonly used as a genetic vector,” Biomed. Opt. Express., vol. 13, no. 8, pp. 4429-4444, Aug. 2022. https://dx.doi.org/10.1364/boe.468445

Y. Muramoto, M. Kimura, and S. Nouda, “Development and future of ultraviolet light-emitting diodes: UV-LED will replace the UV lamp,” Semicond. Sci. Technol., vol. 29, no. 8, p. 084004, Jun. 2014. https://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/29/8/084004

J. Chen, S. Loeb, and J. H. Kim, “LED revolution: Fundamentals and prospects for UV disinfection applications,” Environmental Science: Water Research and Technology, vol. 3, no. 2, pp. 188–202, Jan. 2017. https://dx.doi.org/10.1039/c6ew00241b

V. K. Sharma, and H. V. Demir, “Bright Future of Deep-Ultraviolet Photonics: Emerging UVC Chip-Scale Light-Source Technology Platforms, Benchmarking, Challenges, and Outlook for UV Disinfection,” ACS Photonics, vol. 5, no. 5, pp. 1513-1521, Apr. 2022. https://dx.doi.org/10.1021/acsphotonics.2c00041

N. Yagi et al., “Sterilization Using 365 nm UV-LED,” in 2007 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Lyon, France, 2007, pp. 5841-5844. http://dx.doi.org/10.1109/IEMBS.2007.4353676

F. Zakiyah Rahmanti, B. Anggo Seno Aji, A. Nurdin, W. Maharani, R. Aprilia, and M. Rafi Adityawarman, “A Study of Conveyor System with UV Light for Vegetable and Fruit Sterilization for Farmer,” in 2021 International Conference on Computer Science, Information Technology, and Electrical Engineering, Banyuwangi, Indonesia, 2021, pp. 197-201. https://dx.doi.org/10.1109/ICOMITEE53461.2021.9650309

J. M. Bernal Medina, “Diseño y construcción de un sistema para la desinfección de productos agroalimentarios con luz UV-A LED,” M.S. thesis, Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga, Ags., México, 2021. [Online]. Unpublished.

L. Mondani, G. Chiusa, and P. Battilani, “Chemical and biological control of Fusarium species involved in garlic dry rot at early crop stages,” Eur. J. Plant Pathol., vol. 160, no. 3, pp. 575–587, Jul. 2021. https://dx.doi.org/10.1007/s10658-021-02265-0

S. Ahmed, and A. Hemada, “Effects of Pre-planting Treatments of Garlic (Allium Sativum l.) Cloves on Growth and Yield Under Middle Egypt Conditions,” Journal of Plant Production, vol. 3, no. 6, pp. 971–986, Jun. 2012. https://dx.doi.org/10.21608/jpp.2012.84267

Guideline Industrie 4.0: Guiding principles for the implementation of Industrie 4.0 in small and medium sized businesses, VDMA Verlag., Frankfurt, Germany, 2016, pp. 1–30. https://www.pac.gr/bcm/uploads/guideline-industrie-4-0-vdma.pdf

J. M. Castillo, G. Barbieri, A. Mejia, J. D. Hernandez, and K. Garces, “A GEMMA-GRAFCET generator for the automation software of smart manufacturing systems,” Machines, vol. 9, no. 10, Oct. 2021. https://dx.doi.org/10.3390/machines9100232

M. L. Alvarez, I. Saracnaga, A. Burgos, E. Estévez, and M. Marcos, “A methodological support for designing industrial control systems,” in Proceedings of 2012 IEEE 17th International Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA 2012), Krakow, Poland, 2012, pp. 1-4. https://doi.org/10.1109/ETFA.2012.6489740

Modos de marcha y parada. La guía GEMMA, Universidad de Oviedo., Oviedo, España, 1993. http://isa.uniovi.es/~vsuarez/Download/GemmaTelemecanique.PDF

W. Kowalski, "UVGI Disinfection Theory" in Ultraviolet germicidal irradiation handbook: UVGI for air and surface disinfection, Berlin, Heidelberg, Germany: Springer, 2009, 17-50. https://doi.org/10.1007/978-3-642-01999-9

I. Terrones-Fernandez et al., “Improvement of the Pour Plate Method by Separate Sterilization of Agar and Other Medium Components and Reduction of the Agar Concentration,” Microbiol. Spectr., vol. 11, no. 1, Jan. 2023. https://dx.doi.org/10.1128/spectrum.03161-22

A. Prasad, M. Gänzle, and M. S. Roopesh, “Inactivation of Escherichia coli and Salmonella using 365 and 395 nm high intensity pulsed light emitting diodes,” Foods, vol. 8, no. 12, p. 679, Dec. 2019. https://dx.doi.org/10.3390/foods8120679

A. Tsunedomi et al., “UVA-LED device to disinfect hydroponic nutrient solution,” J. Med. Investig., vol. 65, no. 3.4, pp. 171–176, Oct. 2018. https://doi.org/10.2152/jmi.65.171

L. López V, J. Romero R, and F. Ureta V, “Acción germicida in vitro de productos desinfectantes de uso en la industria de alimentos,” Arch. Latinoam. Nutr., vol. 52, no. 1, pp. 74–76, Mar. 2002. https://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0004-06222002000100011

I. Nicolau-Lapeña, P. Colás-Medà, I. Viñas, and I. Alegre, “Inactivation of Escherichia coli, Salmonella enterica and Listeria monocytogenes on apple peel and apple juice by ultraviolet C light treatments with two irradiation devices,” International Journal of Food Microbiology, vol. 364, p.109535 Mar. 2022. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2022.109535

N. Sneha, and B. M. Patil, “The impact of UV-C treatment on fruits and vegetables for quality and shelf life improvement using internet of things,” in Computational Intelligence in Data Mining, J. Nayak, H, Behera, B. Naik, S. Vimal, and D. Pelusi, Eds., Singapore: Springer Nature Singapore, 2022, pp. 235–247. https://doi.org/10.1007/978-981-16-9447-9_18

U. Varshney, N. Aggarwal, and G. Gupta, “Current advances in solar-blind photodetection technology: Using Ga2O3and AlGaN,” J. Mater. Chem. C Mater. Opt. Electron. Devices., vol. 10, no. 5, pp. 1573–1593, Dec. 2022. https://doi.org/10.1039/d1tc05101f

E. Flores Gallegos, N. Escalante-García, D. Alanis-Lumbreras, R. Ivanov-Tsonchev, A. Lara-Herrera, and E. Olvera-Gonzalez, “Continuous and Pulsed Ultraviolet-C LED on Germicidal Effect and Energy Consumption in Fresh Products: Applications in Tomatoes as a Model,” Foods, vol. 11, no. 22, p. 3636, Nov. 2022. https://doi.org/10.3390/foods11223636

A. Calle, M. Fernandez, B. Montoya, M. Schmidt, and J. Thompson, “Uv-c led irradiation reduces salmonella on chicken and food contact surfaces,” Foods, vol. 10, no. 7, p. 1459. Jul. 2021. https://doi.org/10.3390/foods10071459

Cómo citar
[1]
E. Zacarías-Moreno, J. A. García-Arredondo, N. I. Escalante-García, J. A. Dena-Aguilar, I. Álvarez-Ramírez, y J. E. Olvera-González, «Fabricación y control de un sistema de desinfección con UV-C LED para ajo (Allium sativum L.) utilizado en siembra », TecnoL., vol. 27, n.º 60, p. e3006, jun. 2024.

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Publicado
2024-06-22
Sección
Artículos de investigación

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