Nuevas tecnologías de conservación de los alimentos

Dr. Gabriel Tinoco Martínez
Doctor en Ingeniería, Ciencia y Tecnología de los Alimentos Universidad Politécnica de Madrid, Catedrático del Area de Ciencias de los Alimentos en la Universidad Anáhuac México – Norte.

La seguridad de los alimentos es una preocupación constante en todo el mundo, en general, las intoxicaciones causadas por alimentos que afectan a un gran número de consumidores causan alarma, el esfuerzo que se está realizando para conocer y controlar los diferentes factores que pueden comprometer la seguridad de nuestros alimentos es enorme. Las herramientas disponibles para hacer frente a la amenaza de los peligros biológicos, que tienen por objeto proteger al consumidor, reduciendo el riesgo de los mismos en los alimentos, cada vez son más numerosas y eficaces.

La necesidad de aumentar la seguridad de los alimentos, unida a la demanda de los consumidores de alimentos para que éstos sean más “naturales”, más “frescos”, con menor tratamiento tecnológico y mejor calidad nutricional, y con una vida útil relativamente larga está determinando que se modifique la forma de aplicar algunas de las técnicas de conservación tradicionales y que progresivamente surjan nuevas tecnologías. Para entender la evolución de las distintas prácticas de conservación de los alimentos es necesario conocer las causas del deterioro y su posible prevención. En casi todos los países las tecnologías basadas en la utilización conjunta de distintos factores inhibidores para conseguir la estabilidad microbiológica se comienzan a utilizar, sustituyendo poco a poco algunas de las tecnologías antiguas o tradicionales.

El consumidor actual desea alimentos con buenas características organolépticas, adecuados para satisfacer sus necesidades, cuyo estado higiénico sanitario sea correcto, de fácil uso y de ser posible que le proporcionen un beneficio adicional para la salud. Todo ello hace que la industria alimentaria esté sometida a un continuo reto, pues a través de la investigación del mercado intenta predecir los deseos del consumidor y mediante las posibilidades que le proporcionan las nuevas tecnologías y los avances en los conocimientos de Nutrición y Ciencia de los Alimentos busca la forma de obtener alimentos con las características deseadas, lo que requiere el desarrollo de nuevas formas de conservación, preparación, presentación y traslado. La Tecnología en el área de los Alimentos está realizando en la actualidad un enorme esfuerzo para el desarrollo de nuevos métodos de conservación e higienización de los mismos. Por una parte, se intentan mejorar en lo posible los actuales tratamientos térmicos buscando métodos más eficientes de calentamiento, como las microondas, la pasteurización, entre otros.

Por otro lado, se intentan combinar diversas tecnologías que permitan reducir la intensidad de los tratamientos y de esta forma, sus efectos sobre la pérdida de calidad, por ejemplo la adición de ácidos permite reducir la temperatura y el tiempo de esterilización de algunas conservas vegetales. Finalmente, se intentan buscar nuevos métodos de tratamiento, más específicos, que permitan destruir de forma eficaz a los microorganismos y afecten mínimamente a la calidad de los alimentos.

Las nuevas tecnologías en la conservación de alimentos van desde la aplicación de altas presiones, irradiación, ultrasonidos o la aplicación de campos electromagnéticos. Dentro de este último grupo, los ultrasonidos y los campos eléctricos pulsantes son dos de las tecnologías más prometedoras en la actualidad. Así, la mayor demanda de alimentos crudos o poco procesados, ha impulsado el uso de estos métodos, que además no alteran el color, sabor y textura. Pero otra ventaja añadida es que, al no someter los alimentos a bruscos cambios de temperatura, se consiguen mantener sus nutrimentos al máximo, alargando la vida útil.

Es por esto que mucha de la investigación se dedica a desarrollar Nuevas Tecnologías de Conservación de Alimentos que permitan a los alimentos llegar con sabores, aromas, colores, componentes nutritivos y características mejor conservadas, más parecidas a las del producto fresco y no a un producto procesado. Además, por supuesto, haciendo frente a los alterantes que puedan reducir la vida útil. En la actualidad se dispone de un amplio abanico de técnicas y procedimientos, a continuación se mencionan de forma básica y sencilla algunas de estas nuevas tecnologías de conservación con un gran potencial de aplicación a los alimentos, se incluyen temas relativos a aplicación de métodos combinados, altas presiones hidrostáticas, pulsos eléctricos, pulsos luminosos, ultrasonidos, altas frecuencias, tratamiento con dióxido de carbono supercrítico, envasado activo y envasado inteligente, entre otros.

APLICACIÓN DE MÉTODOS COMBINADOS EN LA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS.

El procesado y conservación convencional consiste en la aplicación de una única técnica de conservación, con condiciones, que generalmente determina una intensa transformación de los alimentos, mientras los métodos combinados consisten en la aplicación de diversas técnicas o estrategias combinadas, más suaves, que en conjunto consiguen una adecuada conservación de los alimentos, pero sin modificarlos intensamente con el fin de obtener alimentos más sanos y nutritivos, utilizar menos aditivos y conservar las cualidades sensoriales de los mismos.

Los métodos combinados consisten en la combinación de obstáculos o barreras (factores inhibidores: temperatura, actividad de agua, pH, potencial redox, etc.), insuficientes por separado para proteger el alimento, que en conjunto pueden llegar a impedir o retrasar la presencia de los factores de alteración, modificando en menor medida la calidad sensorial y nutrimental del alimento que los métodos tradicionales de conservación. La estabilidad microbiana y la seguridad de la mayoría de los alimentos se basan en una combinación de diversos factores de conservación (denominados obstáculos, barreras o vallas), que los microorganismos presentes en los alimentos son incapaces de superar y que fue introducido por primera vez por Leistner (Leistner. L. 1978).

El efecto obstáculo o barrera es de vital importancia en la conservación de los alimentos, ya que en un producto estable los obstáculos o barreras controlan la alteración microbiana y por lo tanto las intoxicaciones alimentarias (Leistner. L, Rödel W, Krispien K. 1981). Leistner y colaboradores explicaron el hecho bien conocido de que las complejas interacciones de temperatura, actividad de agua, pH, potencial redox, etc., son de extraordinaria importancia para la estabilidad microbiana de los alimentos (Leistner. L. 1985). Desde la comprensión de los factores intrínsecos que influyen sobre el crecimiento de los microorganismos se derivó la denominada tecnología de obstáculos o barreras, en la que, utilizando combinaciones de éstos de forma deliberada e inteligente, se pueden conseguir mejoras en la seguridad y calidad de los alimentos.

Esta tecnología de obstáculos o barreras tiene normalmente particular interés en la elaboración de alimentos mínimamente procesados de los países industrializados mientras que en los países en vías de desarrollo son de primordial importancia en la obtención de alimentos que se puedan conservar sin necesidad de refrigeración. Este concepto también se denomina conservación de alimentos por métodos combinados, procesos combinados, conservación por combinación o técnicas de combinación. La tecnología de obstáculos o barreras asegura la estabilidad y seguridad microbiana de los alimentos así como la calidad sensorial de los mismos (Leistner et. al. 1992,1996), proporcionando a los consumidores alimentos frescos y seguros, y al mismo tiempo resulta económica- mente eficaz para el industrial, ya que requieren menos gasto energético durante su producción y almacenamiento.

Aunque hay muchas posibilidades de combinación de los distintos obstáculos o barreras, en la práctica los procesos combinados se pueden clasificar en dos grupos: los que se basan en la acción específica de distintos métodos de conservación sobre los microorganismos o enzimas en cuestión, los cuales actúan simultáneamente, en el deterioro de los alimentos, como por ejemplo el uso de atmósferas protectoras (MAP) y refrigeración, o sucesivamente como un tratamiento de pasteurización, y a continuación la refrigeración del producto; o bien, aquellos cuya acción se basa en la potenciación del efecto de otros métodos obteniéndose así un efecto sinérgico, como por ejemplo: el uso de un tratamiento térmico y (HPP), tratamiento térmico y radiaciones ionizantes, radiaciones ionizantes y (HPP) diversos estudios han demostrado la efectividad del uso combinado por ejemplo del tratamiento de altas presiones (HPP) y bacteriocinas en productos cárnicos (Aymerich T, Garriga M. 2000), (Garriga M, Aymerich MT, Costa S, Monfort JM, Hugas M. 2002) o con otras sustancias antimicrobianas naturales como lactato-diacetato (Marcos B, Jofré A, Aymerich T, Monfort JM, Garriga M. 2008) (Rastogi NK, Raghavarao KSMS, Balasubramaniam VM, Niranjan K, Knorr D. 2007). De acuerdo con Raso y Barbosa-Cánovas. (2003), la combinación de sustancias antimicrobianas con HPP, podría aumentar la efectividad de la presurización con las correspondientes ventajas en la calidad y seguridad del producto.

Desde que se conocen mejor los fenómenos de homeostasis, agotamiento metabólico y reacciones al estrés de los microorganismos en relación con el efecto obstáculo o barrera, se ha incrementado el conocimiento de los mecanismos fisiológicos del crecimiento, supervivencia y muerte de los microorganismos patógenos y alterantes de los alimentos. Los alimentos obtenidos mediante tecnología de obstáculos o barreras son más frágiles que los productos alimenticios tradicionales que con frecuencia se procesan en exceso y por tanto poseen un gran margen de seguridad. En consecuencia, cuando se utiliza la tecnología de obstáculos o barreras de manera intencionada deben definirse y controlarse exactamente los procesos aplicados. En un futuro, nuevas aplicaciones de la tecnología de obstáculos o barreras se deben desarrollar tanto para optimizar los alimentos tradicionales como los alimentos de nuevo diseño (Liestner L. 2002).

APLICACIÓN DE ALTAS PRESIONES EN LA CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS.

Una de las tecnologías más prometedoras es el uso de las altas presiones hidrostáticas, también conocidas como procesado por altas presiones (PAP, o en versión original en inglés HPP, High Pressure Processing).

La idea de usar presiones altas para conservar alimentos no es nueva. Hite. B.H. 1990, publicó que la leche tratada con presión se conserva durante más tiempo, indicando que muchos de los microorganismos causantes de su deterioro habían sido destruidos por el tratamiento. También publicó la utilidad de la presión para alargar la vida comercial de las frutas por inactivación de las levaduras y adicionalmente señaló el problema de la resistencia de las esporas bacterianas a la presión (Hite B.H, Giddings N.J, Weakley C.E. 2004). El interés científico en el uso de las altas presiones para inactivar microorganismos continuó en los siguientes años, dando lugar a numerosas publicaciones sobre inactivación de bacterias, virus, levaduras y mohos (Oliveira AC, Gomes AM, Lima SMB, Cortines JR, Silva JL. 2008) (Hocking AD, Begu M, Stewart CM. 2006).

También fueron descritos otros efectos interesantes de la presión, por ejemplo su efecto sobre las proteínas (Heremans K 1995) (Michel M, Autio K. 2001). Sin embargo, sólo desde la década de los noventas la alta presión es considerada como una tecnología aplicable al procesado de alimentos. El diseño de los equipos había mejorado significativamente en estos años, y ya se disponía de modelos comerciales, seguros, confiables y adecuados para la industria alimentaria. Los primeros alimentos comerciales tratados con altas presiones fueron desarrollados en Japón. En su mayoría eran productos ácidos, basados en frutas tales como mermeladas y salsas. Desde entonces, ha crecido la aplicación de esta tecnología y actualmente hay más de 120 instalaciones donde se realiza esta nueva tecnología de conservación de alimentos en los cuatro continentes.

En 1994, una empresa en Francia fue la primera en la Unión Europea en comercializar alimentos tratados por altas presiones. El jugo de naranja fue el producto principal con volúmenes más pequeños de jugo de limón y toronjas. El PAP se ha usado para alargar la vida comercial, en refrigeración, del jugo fresco de fruta. Hoy los jugos tratados con PAP se encuentran en varios países incluyendo Portugal, Italia, República Checa, España y Australia, etc.

En 1998, una empresa española fue la primera en procesar jamón en rebanadas y productos cárnicos delicatessen, en empaques flexibles, usando un proceso industrial de PAP trabajando a presiones entre 400- 500 MPa durante varios minutos. Hoy las carnes PAP constituyen aproximadamente un tercio del mercado mundial de alimentos tratados por presión. En muchos casos, la tecnología se usa como un tratamiento final de descontaminación de productos ya envasados y listos para comer, para eliminar patógenos como Listeria monocytogenes, Salmonella spp.

Esto es de particular importancia ya que es posible alargar significativamente la vida comercial de los productos refrigerados manteniendo las propiedades organolépticas.

También se comercializan productos vegetales PAP desde 1997, cuando en Estados Unidos se usó por primera vez esta tecnología para conservar guacamole. El PAP reduce la actividad polifenol oxidasa lo que permite mantener el color verde adecuado, así como el sabor, y retardar el deterioro microbiológico. Desde entonces ha crecido la gama de productos que incluyen carne precocinada, salsa, guacamole, pimientos y cebolla. El marisco PAP es otro mercado importante, la primera aplicación comercial en la que se usó la tecnología PAP fue para abrir las ostras fácil y limpiamente, sin afectar la calidad sensorial. La tecnología funciona igualmente bien en otros bivalvos y también se usa en cangrejo y langosta. El interés principal del uso de esta tecnología es la facilidad para separar las conchas y el aumento del rendimiento, aunque otro beneficio menor es la reducción de patógenos tales como Vibrio spp. Actualmente, los mariscos tratados por altas presiones son comercializados en Canadá, Nueva Zelanda, Japón, Italia, Estados Unidos, etc.

También, a diferencia de otros tratamientos no térmicos como la irradiación por rayos gamma, la tecnología PAP tiene una aceptación general por los consumidores.

Un sistema típico de tratamiento por altas presiones consiste en una cámara de tratamiento, un fluido que transmite la presión (generalmente agua potable) y una o más bombas que generan presión. Es un proceso por lote y las cámaras de tratamiento tienen capacidades entre 35 y 700 L.

Los alimentos envasados son introducidos en la cámara, que es cerrada, y a continuación comienza el bombeo de agua dentro de la cámara. Cuando se alcanza la presión de trabajo, el bombeo cesa y se cierran las válvulas para mantener la presión sin otro gasto energético. La presión es transmitida rápida y uniformemente a través del agua y el alimento. Cuando ha transcurrido el tiempo fijado, la presión es liberada y los envases se sacan de la cámara. Como esto es un proceso por lote, el rendimiento es relativamente limitado en comparación con otros procesos alimentarios continuos como el uso de autoclaves. La presión se aplica al alimento de una manera isostática. Ello implica que todos los átomos y moléculas del alimento están sujetos a la misma presión, y exactamente el mismo tiempo, a diferencia de los procesos térmicos donde ocurren gradientes de temperaturas.

La segunda característica clave de las altas presiones, derivada del principio de Le Chatelier, es que cualquier fenómeno que dé lugar a un descenso de volumen es favorecido por un incremento de la presión. Por tanto, la aplicación de altas presiones favorece la formación de puentes de hidrógeno, mientras que son desestabilizados otros enlaces débiles de las proteínas.

Sin embargo, los enlaces covalentes no son afectados por las altas presiones. Se han publicado muchos trabajos sobre los cambios inducidos por las altas presiones en los microorganismos, incluyendo alteraciones en la membrana y morfología celular, efectos sobre las proteínas (incluyendo enzimas) y efectos sobre los mecanismos genéticos de los microorganismos (Smelt JP, Hellemons JC, Patterson MF. 2001) (Hoover DG, Metrick C, Papineau AM,Farkas DF, Knorr D. 1999). Sin embargo, a pesar de estas investigaciones, los mecanismos de la inactivación microbiana no son aún comprendidos en su totalidad. La mayoría de los autores concuerdan con que el efecto letal de las altas presiones sobre las bacterias es debido a varios procesos diferentes que ocurren simultáneamente. En concreto, el daño a la membrana celular y la inactivación de enzimas claves, incluyendo las implicadas en la replicación y transcripción del ADN, están considerados como puntos claves afectados por las altas presiones en los microorganismos (Ulmer HM, Gänzle M, Vogel RF.2009) (Casadei MA, Mañas P, Niven G, Needs E, Mackey BM. 2002).

Como acabamos de revisar la idea de aplicar altas presiones a los alimentos como un método para mejorar la seguridad y alargar la vida comercial de alimentos no es nueva. Pero sólo en los últimos años se ha dispuesto de equipos comerciales adecuados para la industria alimentaria. Aunque el mercado es aún pequeño comparado con los alimentos procesados por calor, por ejemplo, los alimentos pasteurizados, el empleo de esta técnica está creciendo. La alta presión es particularmente útil para productos sensibles al calor, donde tiene ventajas sobre otras tecnologías de conservación. Las bacterias vegetativas, incluyendo patógenos, levaduras y mohos, y algunos virus son relativamente sensibles a la presión y su número se puede reducir significativamente usando 600 MPa o menos durante unos cuantos minutos. Sin embargo, las esporas bacterianas, como las de Clostridium botulinum, son extremadamente resistentes a estas presiones. Por tanto, la presión por sí sola no puede ser usada para producir alimentos estables a temperatura ambiente. No obstante, una combinación de presión y calentamiento suave puede ser útil para matar estas esporas.

En la siguiente entrega continuaremos con este interesante tema, revisaremos otras nuevas tecnologías de conservación de alimentos entre ellas aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje, envasado activo y envasado inteligente.

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