TECNOLOGÍAS TRADICIONALES DE CONSERVACIÓN E HIGIENIZACIÓN DE LOS ALIMENTOS.
Dr. S. Condón. Catedrático de Tecnología de los Alimentos. Universidad de Zaragoza.
[email protected]
1.-Objetivos de los procesos de conservación e higienización de los alimentos. La conservación de los alimentos es una práctica que se remonta a los mismos orígenes de la humanidad, dado que desde siempre el hombre tuvo que conservar los alimentos para asegurar su supervivencia. La propia evolución del hombre como especie esta ligada a sus hábitos alimentarios y, a su vez, el desarrollo intelectual y tecnológico de la humanidad dio lugar a una evolución de las técnicas de conservación de los alimentos. La conservación de los alimentos, o más genéricamente la Tecnología Alimentaria, es por ello un área del conocimiento en permanente evolución cuyo objeto es suministrar al consumidor alimentos cada vez más nutritivos, apetecibles, saludables y baratos. Los objetivos de los métodos de conservación son: -Prolongar la vida útil de los alimentos, lo que permitirá garantizar un suministro constante a lo largo de todo el año, y su transporte desde las zonas de producción a las de consumo. -Garantizar la salubridad de los alimentos, y por tanto la salud de los consumidores. Los alimentos son una de las principales causas de enfermedad en la sociedad actual, incluso en los países desarrollados. De hecho, se estima que hoy en día uno de cada tres europeos y uno de cada cuatro estadounidenses sufre anualmente una toxiinfección alimentaria.
VIDA ÚTIL: período de tiempo durante el cual un alimento mantiene el nivel requerido de calidad sensorial, valor nutritivo y de seguridad.
Ejemplos de algunos tejidos animales y vegetales: Producto
Días a 21ºC
Carne
1-2
Pescado
1-2
Aves
1-2
Hortalizas
3-4
Frutas
10-20
Semillas secas
365 y más
Fig 1.- Vida útil de algunos alimentos a temperatura ambiente.
Se denomina vida útil de un alimento al período de tiempo durante el cual mantiene el nivel requerido de calidad sensorial, nutritiva y sanitaria. La vida útil de los alimentos en condiciones normales es generalmente muy corta (Fig. 1), de unos pocos días, con la notable excepción de los cereales que pueden conservarse al ambiente durante años. El final de la vida útil viene marcado por la perdida de alguno de los parámetros de calidad, que podríamos resumir en: perdida de las características sensoriales, como el color, el sabor, la textura, etc; pérdida de las propiedades funcionales, tales como la capacidad gelificante , emulsionante, etc; perdida de componentes de elevado valor nutritivo, tales como vitaminas, ácidos grasos esenciales etc; o perdida de la calidad microbiológica, por proliferación de diversas especies microbianas hasta niveles peligrosos para la salud del consumidor.
2.-Agentes de alteración de los alimentos. La causa de las alteraciones de los alimentos pueden ser debidas a diversos agentes que podríamos clasificar genéricamente en: -Agentes físicos. -Agentes químicos. -Agentes biológicos: -Insectos, pájaros, roedores, etc. -Procesos metabólicos diversos. -Enzimas endógenos. -Microorganismos.
Agentes de alteración: Físicos
Consecuencias: Devaluación económica Aceleración de los procesos de alteración
Fig.2.- Agentes de alteración físicos.
Los agentes de alteración físicos incluyen esencialmente al maltrato de los alimentos que conducen a la rotura de algunas de sus estructuras (Fig. 2). Así, los golpes producen la alteración superficial de las frutas que conducen a su devaluación económica y, lo que es más importante, a una aceleración del deterioro causado por otros agentes de alteración. Las reacciones químicas que conducen a la alteración de los alimentos son varias pero sin duda los pardeamientos no enzimáticos y la oxidación de los lípidos son las más frecuentes e importantes. De entre las primeras, la reacción de Maillard, la de mayor importancia, se debe a la reacción de los azúcares reductores y algunos aminoácidos básicos que conduce a la aparición de polímeros coloreados, alteraciones del aroma y sabor, y a la perdida de algunos aminoácidos esenciales, tales como la lisina, y por tanto del valor nutritivo del alimento. Por su parte, el oxígeno atmosférico puede reaccionar con los ácidos grasos insaturados que forman parte de muchos alimentos dando lugar a la aparición de polímeros oscuros y compuestos volátiles, como aldéhidos y cetonas, que identificamos con la rancidez.
Agentes de alteración: procesos metabólicos Germinación Maduración Desordenes fisiológicos
Fig. 3.- Alteraciones metabólicas de los alimentos. Los agentes biológicos son los principales causantes de la alteración de los alimentos. Los insectos, pájaros etc, son responsables de enormes perdidas de alimentos, especialmente en los países subdesarrollados. Su actividad tiene especial impacto en los cereales en los que constituye uno de los principales problemas para su conservación. Una diferencia no siempre suficientemente valorada entre los alimentos de origen animal y vegetal es que: mientras en los primeros, tras el sacrificio, cesa su actividad fisiológica/metabólica; en los segundos, tras la recolección, esta actividad se mantiene
durante períodos de tiempo prolongados. Como tras la recolección fallan muchos de los sistemas de control metabólico, durante el almacenamiento posterior pueden producirse modificaciones, fisiológicas o no, que conducen a la alteración de estos alimentos. La figura 3 resume los procesos involucrados en este grupo de alteraciones. Por otra parte, el metabolismo normal de los seres vivos incluye multitud de reacciones químicas mediadas por la acción de enzimas endógenos. Durante el desarrollo normal del ser vivo la actividad enzimática se regula por distintas vías bioquímicas o por barreras físicas, tales como su inclusión en estructuras especiales como los lisosomas. Tras el sacrificio o recolección estos sistemas de control se pierden y los enzimas de constitución comienzan a degradar los tejidos produciendo la alteración de los alimentos. Estos agentes de alteración son especialmente importantes en los productos de origen vegetal. La tabla 1 engloba por sus efectos sobre las propiedades sensoriales y nutritivas los principales enzimas responsables de la alteración de los alimentos, así como las reacciones que catalizan y sus efectos sobre la calidad.
Agentes de alteración: enzimas Enzima Flavor Lipasas, esterasas (hidrolasas acil-lipolíticas Lipoxigenasa Peroxidasa/catalasa Proteasa Color Polifenoloxidasa Clorofilasa Textura, consistencia Amilasa Pectin metilesterasa Poligalacturonasa Valor nutritivo Acido ascórbico oxidasa Tiaminasa
Reacciones que cataliza
Defecto de la calidad
Hidrólisis de lípidos
Rancidez lipolítica (sabor jabonoso) Oxidación de ácidos grasos poliinsaturados Rancidez oxidativa (sabor a vegetal) Oxidación de aminas aromáticas, fenoles… Mal sabor y oscurecimientos Amargor Hidrólisis de proteínas Oxidación de fenoles Pérdida de Mg en clorofila
Color oscuro Color oscuro en vegetales
Hidrólisis del almidón Hidrólisis de pectina a ácido péctico y metanol Hidrólisis del α-1,4 enlaces glicosídicos del ácido péctico
Ablandamiento/pérdida de viscosidad “ “
Oxidación del ácido L-ascórbico Hidrólisis de la tiamina
Pérdida de vitamina C Pérdida de vitamina
Tabla 1.- Principales enzimas responsables de la alteración de los alimentos. Pese a la incidencia de los agentes antes mencionados, los microorganismos son la causa más frecuente de alteración de los alimentos y sin duda son los más importantes dado que, además de las pérdidas económicas que pueden producir, son causa frecuente de toxiinfeccines alimentarias constituyendo un riesgo importante para la Salud Pública. Dentro de este amplio grupo se incluyen mohos y levaduras, parásitos diversos, virus y, sobre todo, células bacterianas. Las bacterias dada su diversidad genética, su extraordinaria capacidad de multiplicación, de adaptación al ambiente, y de competencia con otros microorganismos son el grupo más frecuentemente involucrado en la alteración de los
alimentos. Las tablas 2 y 3 incluyen respectivamente los virus y los parásitos de mayor importancia sanitaria transmitidos por los alimentos, así como los alimentos que más frecuentemente los vehiculan, los síntomas de las enfermedades que producen y las medidas de prevención consideradas más eficaces.
Otros agentes patógenos transmitidos por alimentos: VIRUS Agente causante (Enfermedad)
Alimentos
Síntomas
Prevención
Virus hepatitis A (Hepatitis)
Mariscos crudos o mal cocinados, ensaladas
Fiebre, debilidad, nauseas, malestar, ictericia
Cocinado adecuado de los mariscos e higiene general
Virus tipo Norwalk (Gastroenteritis viral)
Mariscos crudos o mal cocinados, ensaladas
Nauseas, vómitos, diarreas, dolores de cabeza, fiebre leve
Cocinado adecuado de los mariscos e higiene general
Rotavirus (Gastroenteritis viral)
Alimentos crudos
Diarreas especialmente en bebés y niños
Higiene general
Tabla 2,.- Principales virus patógenos transmitidos por los alimentos.
Otros agentes patógenos transmitidos por alimentos: PARASITOS Agente causante (Enfermedad)
Alimentos
Síntomas
Prevención
Entamoeba histolytica (disenteria amibiana)
Alimentos crudos o manipulados en condiciones no higiénicas
Disentería, fiebre, escalofríos,
Cocinado adecuado e higiene general
Criptosporidium parvun (Cripotosporidiosis)
Alimentos manipulados en condiciones no higiénicas
Diarrea, fiebre, nauseas, vómitos
Cocinado adecuado e higiene general
Giardia lamblia (Giardiasis)
Alimentos manipulados en condiciones no higiénicas
Diarrea , cólicos, distensión abdominal
Cocinado adecuado e higiene general
Toxoplasma gondii (Toxoplasmosis)
Carne cruda o mal cocinada, leche, alimentos manipulados en condiciones no higiénicas
Mononucleosis, anormalidades en fetos, abortos
Cocinado adecuado, pasteurización, e higiene general
Anisakis simplex (Anisakiasis)
Pescado, pulpo, calamar
Cólicos abdominales, nauseas, vómitos
Cocinado adecuado,
Ascaris lumbricoides (Ascariasis)
Frutas y verduras
Neumonía, obstrucción intestinal
Cocinado adecuado e higiene general
Trichenella spirialis (Triquinosis)
Carne cruda de cerdo
Dolores musculares, párpados inflamados, fiebre, en ocasiones muerte
Cocinado adecuado
Taenia saginata
Carne de vacuno mal cocinada
Transtornos digestivos
Cocinado adecuado
Taenia solium
Carne cruda de cerdo
Trastornos digestivos. Pueden invadir músculos, corazón o cerebro
Cocinado adecuado
Tabla 3- Principales parásitos trasmitidos por los alimentos.
Dentro de las bacterias podemos diferenciar por su constitución: las denominadas Gram-positivas que se caracterizan por poseer una pared celular de peptidoglicano bien desarrollada que les confiere una cierta resistencia a las agresiones físicas, tales como el calor, la presión etc; y las denominadas Gram-negativas cuya capa de peptidoglicano es débil, lo que les resta resistencia física, si bien poseen una envoltura externa adicional que les confiere resistencia frente a disolventes orgánicos, enzimas etc. Dentro de las Grampositivas destaca la familia Bacillaceae, que incluye especies capaces de desarrollar esporos. Los esporos son estructuras especiales desarrolladas por las células vegetativas cuando se enfrentan a situaciones adversas. Constan en esencia de un citoplasma condensado y deshidratado (el protoplasto) rodeado del cortex, constituido por una gruesa capa de un peptidoglicano especial que le confiere una extraordinaria resistencia mecánica, y unas envolturas externas responsables de su resistencia frente a diversos agentes químicos. La tabla 4 resume los géneros microbianos que más frecuentemente alteran los alimentos, agrupados según sus características fisiológicas más significativas, así como los productos que alteran con mayor frecuencia; y la tabla 5 las especies microbianas patógenas, sus características fisiológicas diferenciales, los alimentos que más frecuentemente contaminan, los síntomas de las toxiinfecciones que producen y algunos comentarios de especial interés.
Agentes de alteración: microorganismos alterantes Características
Microorganismos
Alimentos
Bacilos Gram -, catalasa + y oxidasa +
Aerobios obligados: Pseudomona, Alcaligenes, Moraxella, Alteromonas, Flavobacterium. Acetobacter, Acetomonas
Pescado, carne, pollo, vegetales
Bacilos Gram -, catalasa +, oxidasa -
Anaerobios facultativos: Alimentos de origen animal y Enterobacteriaceae (Escherichia, vegetal ricos en proteínas Citrobacter,Klebsiella Erwinia, Proteus) No fermentativos: Acinetobacter, Xantomonas
Bacilos Gram +, catalasa + no esporulados
Corinebacterias (Corynebacterium, Kurthia, Arthrobacter, Brochothrix)
Cocos Gram +, catalasa +
Aerobios: Micrococcus Leche y productos lácteos Anaerobios facultativos: Staphylococcus Productos cárnicos curados
Bacilos Gram +, catalasa -
Lactobacillus
Bebidas alcohólicas
Productos cárnicos curados, salchichas Carne envasada en AM vegetales
Leche, productos lácteos, carne, vegetales, carne envasada en AM
Tabla 4.- Principales microorganismos alterantes de los alimentos.
Agentes de alteración: microorganismos alterantes Características
Microorganismos
Alimentos
Cocos Gram+, catalasa -
Anaerobios facultativos: Bacterias acidolácticas (Streptococcus, Lactococcus, Enterococcus, Leuconostoc, Pediococcus)
Productos lácteos Carne curada con bajo contenido en sal
Bacilos esporulados Gram +, catalasa +
Bacillus
Alimentos tratados por el calor con pH superior a 4
Bacilos esporulados, Gram +, Anaerobios: Clostridium catalasa -
Alimentos tratados por el calor con pH superior a 4,5 y envasados en ausencia de oxigeno
Levaduras
Anaerobios facultativos: Saccharomyces, Candida, Zygosaccharomyces, Torulopsis
Alimentos de bajo pH y baja aw
Mohos
Aerobios: Penicillium, Aspergillus
Alimentos de bajo pH y baja aw expuestos al aire
Tabla 4.- Principales microorganismos alterantes de los alimentos.
Agentes de alteración: microorganismos patógenos Microorganismos
Características
Sintomatología
Observaciones
Salmonella spp
Bacilo Gram -, anaerobio facultativo
Carne de pollo, huevos, leche y productos lácteos, pescado, ancas de rana, salsas, chocolate
Alimentos
Nauseas, vómitos. Diarrea, fiebre dolor de cabeza y abdominal
Tiempo de incubación: 6-48 h Dosis infectiva: 15-20 UFC Duración síntomas: 1-2 días Invasión del intestino delgado Producción de una enterotoxina
Shigella spp
Bacilo Gramanaerobio facultativo
Vegetales crudos, leche y productos lácteos, carne de pollo
Dolor abdominal, calambres, diarrea, vómitos, fiebre
Tiempo de incubación: 12-50 h Dosis infectiva: 10-100 UFC Duración síntomas: 7-10 d Invasión células intestinales Algunas cepas producen enterotoxinas
Escherichia coli enterotoxigénica
Bacilo Gramanaerobio facultativo
Alimentos contaminados a partir de agua en malas condiciones sanitarias
Enterotoxigenica: diarrea, calambres abdominales, fiebre nauseas
Tiempo de incubación: 24 h Dosis infectiva: 107 UFC Colonización del intestino delgado y producción de toxinas
Escherichia coli enteropatogénica
Bacilo Gramanaerobio facultativo
Carne de vacuno y de pollo
Diarrea acuosa y sanguinolenta en niños
Tiempo de incubación: Dosis infectiva: muy baja Colonización del intestino delgado y producción de toxinas
Escherichia coli enterohemorragica E. Coli O157:H7
Bacilo Gramanaerobio facultativo
Hamburguesas y leche
Dolor abdominal, diarrea acuosa y sanguinolenta y ocasionalmente vómitos En pacientes jóvenes puede provocar un síndrome urémico caracterizado por problemas renales y anemia hemolítica
Tiempo de incubación: Dosis infectiva: 10 UFC Duración síntomas: 8d Producción de una potente toxina
Campylobacter jejuni
Bacilo Grammicroaerófilo
Carne de pollo, leche cruda y agua no clorada
Diarrea, fiebre, dolor abdominal, nausea, dolor de cabeza y dolor muscular
Tiempo de incubación: 2-5 d Dosis infectiva: 400-500 UFC Duración síntomas: 7-10 d
Tabla 5.- Principales bacterias patógenas transmitidas por los alimentos
Microorganismos
Características
Alimentos
Sintomatología
Observaciones
Pescado y marisco
Diarrea, dolor abdominal, nausea, vómitos, dolor de cabeza, fiebre y escalofríos
Tiempo de incubación: 4-96 h Duración síntomas: 2,5 d Invasión células intestinales
Yersinia enterocolitica Bacilo Gram – anaerobio facultativo
Carne (cerdo, vacuno, cordero), ostras, pescado leche cruda
Gastroenteritis con diarrea y/o vómitos, fiebre y dolor abdominal
Tiempo de incubación: 24-48 h
Listeria monocytogenes
Leche, queso fresco, helados, vegetales, carne de pollo, pescado
Síntomas gastrointestinales. Septicemia, meningitis, encefalitis, infecciones intrauterinas que provocan abortos
Tiempo de incubación: hasta 3 sem Dosis infectiva: 103 UFC Colonización a través del intestino de macrófagos y leucocitos lo que provoca la septicemia
Aeromonas hydrophila Bacilo Gram – anaerobio facultativo
Pescado, marisco, vacuno, cerdo, cordero, y pollo
Gastroenteritis. Septicemia en individuos inmunodeprimidos
Bacillus cereus
Síndrome emético: arroz Síndrome diarreico: leche, vegetales, pescado
Síndrome emético: nauseas y vómitos Síndrome diarreico: dolor abdominal y diarrea
Síndrome emético: proteína de elevado peso molecular Síndrome diarreico: péptido (Intoxicación)
Dolor abdominal, y diarrea
Tiempo de incubación: 8-22 h Duración síntomas: 1-2 s Producción de una toxina en el tracto digestivo al esporular
Vibrio parahaemolyticus
Bacilo Gram- anaerobio facultativo, halófilo
Bacilo Gram+ anaerobio facultativo
Bacilo Gram+ aerobio facultativo formador de esporos
Clostridium perfringes Bacilo Gram + anaerobio y Carne y productos cárnicos formador de esporos cocinados y mantenidos a alta temperatura. Staphylococcus aureus Coco Gram+ anaerobio facultativo
Jamón, productos cárnicos y Nauseas, vómitos, dolor avicolas, crema de pastelería, abdominal, dolor de cabeza, temblores musculares mantequilla, queso
Clostridium botulinum Bacilo Gram + anaerobio formador de esporos Producción de una neurotoxina termosensible
Conservas vegetales y animales, jamón, pescado
Vómitos, nauseas, mareos, vértigo, dolor de cabeza, parálisis muscular y muerte por asfixia
Síntomas aparecen entre las 18-96 h tras la ingestión
Tabla 5.- Principales bacterias patógenas transmitidas por los alimentos. La capacidad de una determinada especie para colonizar un alimento depende de muy diversos factores, tanto dependientes del propio alimento( sus componentes, su contenido en agua, su potencial red-ox y su pH), como de otros factores extrínsecos (temperatura y composición de la atmósfera de almacenamiento y proceso de elaboración); por ello y con fines prácticos los microorganismos se clasifican por su capacidad para crecer en distintas condiciones ambientales según se resume en la figura 4 Con objeto de simplificar y desde un punto de vista estrictamente tecnológico los
Factores que afectan a la supervivencia y el crecimiento microbiano Temperatura:
pH:
Termófilos: 55-65ºC Mesófilos: 30-37ºC Psicrotrofos: Crecen por debajo de 5ºC
Actividad de agua 1-0.95 0,95-0,91 0,91-0,87 0,87-0,80 0,80-0,75 0,75-0,65 0,65-0,60
Mayoría de bacterias Limite inferior para bacterias Muchas levaduras, S. aureus Mayoría de mohos, levaduras Bacterias halófilas Mohos xerófilos Levaduras osmófilas (S. rouxii)
Bacterias: 5-8 (4-9) Levaduras: 1,5-8 Mohos: 1,5-11
Requerimientos de oxígeno: Microorganismos aeróbicos: Usan O2 como aceptor final de electrones en la respiración Microorganismos anaerobios facultativos: Pueden utilizar en ausencia de oxigeno otros aceptores de electrones (NO3-, SO42-)
Microorganismos anaerobios: Solo son capaces de crecer en ausencia o en presencia de muy bajos niveles de O2
grupos microbianos de mayor interés se podrían resumir en: las enterobacterias que incluyen especies aerobias-anaerobias facultativas y cuyo recuento constituye un índice de la calidad microbiológica del producto; el grupo de las pseudomonas que incluye microorganismos aerobios psicrotrofos y son la principal causa de alteración de los productos refrigerados; los esporoformadores, tanto aerobios (género Bacillus) como anaerobios (género Clostridium), que dada su extraordinaria resistencia frente al calor son la principal causa de alteración de los productos esterilizados; los estreptococos y estafilococos, aerobios-anaerobios facultativos, que presentan una relativamente elevada resistencia a diversos agentes físicos, como el calor, y son capaces de crecer en medios de actividad de agua reducida; y los que podríamos denominar genéricamente como lactobacilos, también aerobios-anaerobios facultativos, que englobarían especies acidotolerantes y por ello principales responsables de la alteración de muchos alimentos ácidos.
3.-Estrategias de conservación e higienización de los alimentos. El progresivo conocimiento de los agentes de alteración de los alimentos así como de sus mecanismos de acción y su comportamiento frente a los diversos factores ambientales ha permitido desarrollar en los últimos años diversas estrategias de conservación que constituyen el fundamento de la moderna Tecnología de los Alimentos. La conservación e higienización de los alimentos puede conseguirse: - Eliminando a los microorganismos que contaminan la materia prima - Reduciendo la actividad metabólica de los microorganismos y/o reduciendo la velocidad de reacciones enzimáticas y químicas diversas. -Destruyendo a los agentes de alteración.
3.1.- Tecnologías basadas en la separación de los microorganismos. Existen distintas técnicas para separar a los microorganismos del medio de crecimiento, tales como la decantación, filtración y centrifugación, que se utilizan, por ejemplo, para descontaminación del agua de abastecimiento de los centros urbanos, la clarificación del vino y la cerveza, la descontaminación de la leche (bactofugación), la filtración del salmueras con tierra de diatomeas etc; sin embargo, aunque estas técnicas son ampliamente utilizadas en la industria farmacéutica, su aplicación a la industria alimentaria es limitada dado que la mayoría de los alimentos contienen algunos componentes en suspensión de tamaño similar a los microorganismos o son sólidos.
3.2.- Tecnologías basadas en la inhibición de la actividad metabólica. Puesto que los alimentos se deterioran como consecuencia de la proliferación microbiana, de la actividad enzimática y del desarrollo de diversas reacciones químicas, reduciendo la velocidad de tales reacciones es posible prolongar la vida útil de los alimentos. Dentro de este grupo pueden incluirse los métodos que se relacionan a continuación y que, a su vez, pueden aplicarse mediante distintas tecnologías:
-
Descenso de la actividad de agua: deshidratación, adición de solutos Descenso de la temperatura: refrigeración y congelación. Descenso del potencial red-ox: envasado a vacío, atmósferas modificadas etc. Descenso del pH: adición de acidificantes diversos, fermentaciones. Adición de agentes bacteriostáticos.
La mayoría de los procesos vitales requieren la presencia de agua para su desarrollo por lo que la reducción del contenido en agua de los alimentos ha constituido desde antiguo un método eficaz de conservación. El porcentaje en agua de un alimento no es en si mismo un buen indicador de su estabilidad puesto que existen diferentes fracciones de agua con distinto grado de disponibilidad para el crecimiento microbiano y la actividad enzimática y química. A efectos de valorar la vida útil de un alimento se utiliza el concepto de actividad de agua (aw) que indica la proporción de agua libre que contiene el sistema y que es, lógicamente, máxima en el agua pura cuyo valor es 1. La disminución de la actividad de agua de un alimento aumenta la duración de la fase de latencia de la curva de crecimiento microbiano, reduce la velocidad máxima de duplicación en la fase de crecimiento logarítmico y el recuento máximo alcanzado en la fase estacionaria. El óptimo valor de aw para el crecimiento microbiano suele situarse en torno a valores de 0’99 y por debajo de este valor disminuye progresivamente hasta alcanzar un valor mínimo en el cual cesa el crecimiento microbiano. Los valores mínimos de aw que permiten el crecimiento de las especies que normalmente contaminan los alimentos oscila entre 0’99 para especies de Moraxiella y Acinetobacter y 0’86 para S. aureus. Los mohos y levaduras pueden crecer incluso a actividades de agua de 0’65. Es preciso destacar que la disminución del contenido en agua del alimento puede enlentecer o incluso inhibir el crecimiento microbiano pero habitualmente no conduce a su inactivación; de hecho, se ha demostrado que algunos serotipos de Salmonella pueden conservarse viables incluso dos años en algunos alimentos deshidratados. La figura 5 resume los límites de aw que permiten el crecimiento de las especies microbianas que habitualmente son causa de la alteración de los alimentos, así como los productos que se encuentran en ese rango de actividades de agua
Conservación por descenso de la actividad de agua aw
1-0.95
Microorganismos inhibidos Pseudomonas, Escherichia, Proteous, C. perfringes, Bacillus
Alimentos alimentos frescos altamente perecederos
0,95-0,91 Limite inferior para el crecimiento de bacterias 0,91-0,87 Muchas especies de levaduras (Candida), Micrococcus
jamón curado, queso, zumos concentrados embutidos fermentados, quesos madurados
0,87-0,80 Mayoria de mohos, S. aureus, levaduras (Saccharomyces) 0,80-0,75 Bacterias halófilas 0,75-0,65 Mohos xerófilos 0,65-0,60 Levaduras osmófilas (S. rouxii) 0,50 No proliferación microbiana 0,40 No proliferación microbiana 0,30 No proliferación microbiana
leche condensada, harina, arroz mermelada, mazapán frutas desecadas caramelos, miel Pasta, especias huevo en polvo galletas, bizcochos, corteza de pan Leche en polvo, verduras deshidratadas
0,20
No proliferación microbiana
La disminución de la actividad de agua de los alimentos puede conseguirse: bien retirando parte del agua de constitución mediante procesos tales como la deshidratación, evaporación, liofilización, etc (leche en polvo, café, etc); bien reteniendo parte del agua libre de los alimento por adición de solutos tales como azúcares, sal, etc ( mermeladas, leche condensada, etc). Una importante ventaja de este método de conservación radica en que en ocasiones puede realizarse con facilidad y a un coste razonable disminuyendo además los costes de almacenamiento y transporte. Su principal inconveniente es el notable efecto de estos tratamientos sobre las propiedades sensoriales de los alimentos, tales como la textura, que les diferencian claramente de la materia prima de la que proceden. Para evitar este inconveniente se han desarrollado en los últimos años los denominados alimentos de humedad intermedia que contienen alrededor de un 25% de agua y una aw próxima a 0’6. La disminución de la actividad de agua se consigue deshidratando o añadiendo solutos, entre los que se incluyen glicoles que conservan la textura del alimento fresco y afectan menos al sabor. No obstante, todavía confieren cierto aroma y sabor desagradables por lo que su uso se halla limitado. Aunque se usaron ampliamente en productos de repostería, en la actualidad su adición a este tipo de productos se ha prohibido y su uso ha quedado restringido a la elaboración de comidas para animales.
La conservación de los alimentos por el frío, al contrario que la anterior, presenta la ventaja de que apenas modifica las propiedades sensoriales y el valor nutritivo de los alimentos. Estas tecnologías se basan en la termodependiencia de las reacciones enzimáticas y químicas de alteración, siguiendo la ecuación de Arrhenius. Según esta ecuación la velocidad de las reacciones químicas es una función exponencial de la inversa de la temperatura absoluta. Las reacciones de alteración de los alimentos presentan valores Q10= 2-3, lo que implica que la vida útil de un producto se prolongará entre dos y tres veces al reducir la temperatura de almacenamiento 10 ºC. El “frío” puede aplicarse a niveles de refrigeración o congelación. En la refrigeración se aplican temperaturas de entre –1 y 15 ºC lo que permite prolongar la conservación de los alimentos entre uno y tres meses sin apenas modificar la apariencia del producto que se considera fresco a todos los efectos. Hasta hace unos pocos años los alimentos refrigerados se consideraban razonablemente seguros dado que se creía todos los microorganismos patógenos para el hombre era mesófilos, con un límite de crecimiento entre 5 y 10 ºC. Sin embargo, en la actualidad se ha demostrado la patogenicidad para el hombre de algunas especies psicrotrofas, que como L. monocytogenes y Y. enterocolitica son capaces de crecer incluso a temperaturas próximas a 0 ºC. Estas especies han sido denominadas “patógenos emergentes”. La existencia de estas especies hace discutible la seguridad sanitaria de algunos de los alimentos actualmente conservados por refrigeración. Otra limitación de los procesos de refrigeración actuales es debida a la alteración de algunos procesos metabólicos de ciertos vegetales que impiden la reducción de la temperatura de almacenamiento hasta valores adecuados. Así, los bananas no pueden almacenarse a temperaturas inferiores a 12-14 ºC y las naranjas a menos de 5 ºC sin sufrir cambios organolépticos indeseables. La figura 6 muestra las temperaturas habituales de almacenamiento en refrigeración de distintos alimentos y su vida útil media. La congelación consiste en aplicar al alimento temperaturas de entre –18 y –30 ºC a las que ningún microorganismo es capaz de multiplicarse, siendo el factor limitante dela
conservación el desarrollo de ciertas reacciones químicas, especialmente la oxidación de las grasas. La figura 7 muestra la relación entre la temperatura de almacenamiento en congelación y la vida útil de diversos alimentos. La calidad higiénica de los productos congelados viene esencialmente determinada por la contaminación microbiológica de la materia prima de la que proceden. A este respecto es preciso señalar que tras la descongelación los alimentos son muy poco estables, alterándose rápidamente por la acción de los microorganismos y enzimas.
Conservación por el frío: CONGELACIÓN Pérdida de calidad sensorial
Tiempo de almacenamiento en congelación
Fig. 7.- Vida útil de distintos alimentos conservados en congelación a distintas temperaturas. El principal avance de la tecnología de congelación ha sido el desarrollo de métodos y equipos de congelación ultrarrápida que permiten la cristalización de agua en pequeños cristales en no rompen las estructuras celulares del tejido manteniendo la calidad del producto. Mucho más problemática es la descongelación del producto que suele realizarse a nivel domestico y debe ser tan lenta como sea posible. La mayoría de los microorganismos que alteran los alimentos presentan un metabolismos oxidativo y requieren un elevado potencial red-ox en el medio para desarrollarse. Por tanto, reduciendo la concentración de oxígeno disponible durante el almacenamiento del alimento –el aire contiene aproximadamente un 21% de oxígenopuede reducirse la actividad microbiana y en el caso de los microorganismos aerobios estrictos, que utilizan el oxígenos como aceptor final de electrones, incluso inhibirse. Sin embargo, la ausencia de oxígeno favorece el crecimiento de las especies microbianas anaerobias con metabolismo fermentativo. La ventaja del método radica en que el metabolismo fermentativo es mucho más lento que el oxidativo por lo que la vida útil de los alimentos conservados en anaerobiosis se prolonga sensiblemente. El principal
inconveniente de este método de conservación es el escaso conocimiento existente sobre los microorganismos anaerobios algunos de los cuales, como Clostridium botulinum, son capaces de provocar graves intoxicaciones alimentarias. Por ello, como norma general todos los alimentos conservados por este método deberían almacenarse a temperaturas inferiores a 3-4 ºC, por encima de las cuales es capaz de multiplicarse Cl. botulinum tipo E. Este método de conservación puede aplicarse mediante diversas técnicas tales como el envasado a vacío, envasado con captores de O2 como el ácido ascórbico, envasado en atmósferas inertes que limitan las reacciones de oxidación, y el envasado en atmósferas modificadas de diversa composición. La aplicación de todas estas técnicas ha sido posible, en buena medida, gracias al desarrollo de películas plásticas impermeables a los gases a un precio razonable. Los últimos avances se centran especialmente en la técnica de las atmósferas modificadas. En general son mezclas de gases que incorporan cantidades variables de CO2. El aire contiene aproximadamente un 0´03% de dióxido de carbono y a media que aumenta su concentración se reduce la actividad microbiana hasta prácticamente desaparecer al alcanzar concentraciones del 20%. La principal limitación de esta técnica se da en productos vegetales que a concentraciones al 8-10% sufren graves alteraciones organolépticas. En la actualidad se investiga la incorporación de otros gases, como el monóxido de carbono. Los microorganismos normalmente presentan un rango estrecho de pH en el que pueden crecer y multiplicarse; por ello, la acidificación de los alimentos es un método eficaz de conservación. Los pHs ácidos actúan desnaturalizando enzimas de la pared celular o modificando el pH del citoplasma bacteriano lo que enlentece drásticamente el metabolismo y la multiplicación. La acidificación resulta un método de fácil aplicación y barato. Además, muchos ácidos presentan “per se” cierto efecto bactericida y potencian la acción de otros conservantes químicos con los que suelen asociarse dada su escasa eficacia frente a mohos y levaduras. Los acidificantes más frecuentemente utilizados son el ác. cítrico, ác. láctico y ác. acético. Alternativamente a la adición de ácidos puede reducirse el pH de los alimentos potenciando algunas fermentaciones. La fig 8 muestra las fermentaciones más utilizadas por la industria alimentaria así como sus aplicaciones más frecuentes. El principal inconveniente de este método de conservación es que modifica muy sensiblemente el sabor y aroma de la materia prima. En realidad, hoy en día, debería considerarse más como una técnica de transformación que de conservación de los alimentos. Los principales avances relacionados con las técnicas incluídas en este grupo son la utilización de nuevos acidificantes que confieren menos sabor a los alimentos, tales como la d-gluconolactona, y un mejor control de los procesos fermentativos, especialmente por el uso de estarters y el desarrollo de mejores condiciones de cultivo.
Procesos de conservación: FERMENTACION
Fig.8.- Principales fermentaciones y aplicaciones de interés en la Industria Alimentaria. La adición de agentes bacteriostáticos a los alimentos es una técnica muy antigua pero en determinadas industrias (fabricación de embutidos, jamón etc) todavía resulta insustituible. En general son muy diversos tanto por su composición química (los hay tanto orgánicos como inorgánicos) como por sus mecanismos de acción que en ocasiones son todavía desconocidos. Su actividad antimicrobiana suele estar restringida a un grupo microbiano concreto por lo que deben usarse en combinación con otros procesos. Los más utilizados son el ác. sórbico y sus derivados, el ác. benzóico y los parabenos que son especialmente eficaces para prevenir el crecimiento de mohos y levaduras. En la actualidad hay un creciente rechazo por parte del consumidor a la utilización de conservantes químicos por lo que su uso se halla en general en regresión. Por ello, se esta realizando un importante esfuerzo investigador para la obtención de sustancias más “naturales” con acción bactericida tanto de origen animal y vegetal como microbiano. Entre estos últimos el aislamiento de bacteriocinas ha constituido un avance espectacular y de entre ellas la nisina, producida por una especie de lactobacillus, se esta ya usando de forma generalizada en algunas industrias agroalimentarias. El grado de sensibilidad a cada una de las distintas especies microbianas a cada uno de los métodos antes descritos es diferente; por ello, combinando distintas técnicas de este grupo a un nivel poco severo es posible conseguir productos estables y de características organolépticas adecuadas. Este es el principio de la “tecnología de las barreras” propuesta por el Prof. Leistner y que es uno de los campos de la Tecnología de los Alimentos con mayor proyección de futuro.
3.3.- Tecnologías basadas en la inactivación microbiana y enzimática. Los métodos basados en la reducción de la actividad metabólica de la flora contaminante tienen bien la ventaja de su simplicidad (acidificación, deshidratación), bien el mínimo efecto que ejercen sobre las propiedades funcionales (disminución del potencial red-ox, frío). Tienen sin embargo el notable inconveniente de que no permiten garantizar la calidad sanitaria del alimento procesado que depende, casi exclusivamente, de la calidad microbiológica de la materia prima de que proceden; es decir, estos métodos inhiben el crecimiento microbiano pero no garantizan su destrucción. Los métodos basados en la destrucción de la flora contaminante tienen la importante ventaja de que permiten garantizar hasta determinados niveles la salubridad de los alimentos. Dentro de los métodos de destrucción, los basados en principios físicos son, sin duda, los más importantes y de entre ellos el calor es el más utilizado en nuestros días. La conservación por el calor es seguramente el último método artesanal inventado por el hombre y el primer proceso tecnológico científicamente controlado. Algunos métodos de conservación incluidos en el grupo anterior, como el frío, pueden en determinadas circunstancias producir cierto grado de destrucción de la flora contaminante, pero el ritmo de inactivación de los microorganismos sometidos a la acción del calor puede describirse matemáticamente y, por tanto, puede calcularse con razonable precisión la intensidad del tratamiento térmico que es necesario aplicar para garantizar la calidad sanitaria del producto. La figura 9 permite comparar la termorresistencia de algunas de las principales bacterias alterantes de los alimentos.
TERMORRESISTENCIA MICROBIANA Microorganismo B. stearothermophilus B. subtilis B. cereus B. megaterium C. sporogenes C. botulinum C. thermosaccharolyticum
Microorganismo E. coli Lactobacillus plantarum Tomate L. monocytogenes S. Typhimurium S. aureus Enterococcus faecium
Microorganismos esporulados D121 z 4 0,48-0,76 0,0065 0,04 0,15 0,21 3,5
7 8 9 9 13 10 10
Células vegetativas Medio D70 Caldo nutritivo Leche 11 Carne vacuno Leche Leche Jamón
0,006 0,04 12,5 0,14-0,27 0,35 0,3 2,57
z 4,9 6,5 6,7 6,8 5,1 7
Fig. 9.- Termorresistencia de distintas especies microbianas de interés en Tecnología de los Alimentos.
El mecanismo de inactivación microbiana por el calor es complejo y todavía no totalmente aclarado. La mayoría de los autores opinan que la causa última de la destrucción es la desnaturalización del ADN, aunque otras muchas estructuras celulares son también alteradas durante el tratamiento térmico. La termorresistencia microbiana varía ampliamente en la naturaleza y las diferencias vienen determinadas tanto genéticamente como por las condiciones de cultivo. Sin duda la mayor termorresistencia la presentan los esporos bacterianos que presentan tiempos de reducción decimal (tiempo de tratamiento que destruye al 90% de la población inicial) a 100 ºC superiores a 1 minuto; y la menor las células vegetativas, activas metabólicamente, con tiempos de reducción decimal del orden de 1 minuto a 60-70 ºC. Dependiendo de los objetivos perseguidos los tratamientos térmicos pueden aplicarse a nivel de pasterización y esterilización. La pasterización es un tratamiento de intensidad moderada con el que se pretende reducir a niveles despreciables los riesgos de supervivencia de los microorganismos patógenos y eliminar la mayor parte de la flora banal. Son, en realidad, tratamientos de higienización que exigen el almacenamiento posterior del alimento bajo refrigeración para prolongar su vida útil. La pasterización no afecta a la viabilidad de los esporos bacterianos. La esterilización es un tratamiento de alta intensidad cuyo objetivo es la destrucción de todos los microorganismos presentes en el alimento capaces de provocar su alteración y de reducir la probabilidad de supervivencia de los patógenos hasta límites estadísticamente despreciables. Además, los tratamientos térmicos presentan la ventaja adicional de que simultáneamente destruyen los enzimas endógenos y las toxinas microbianas. Es por este motivo que los alimentos esterilizados son estables durante largos periodos de tiempo, incluso a temperatura ambiente. El principal inconveniente de los tratamientos térmicos radica en su inespecificidad. El calor, además de destruir los agentes de alteración, afecta a las propiedades sensoriales y el valor nutritivo de los alimentos. En la década de los cuarenta Esselen demostró el orden logarítmico de destrucción de las vitaminas y otros nutrientes del medio, de forma semejante a la observada en los microorganismos pero con características particulares. Se observó que la resistencia relativa de estos compuestos frente a la que presentan las células bacterianas era relativamente mayor cuanto más alta era la temperatura de tratamiento. Este descubrimiento dio origen al diseño de nuevos procesos basados en la aplicación de temperaturas ultraelevadas durante segundos (tratamientos UHT). Los procesos UHT utilizan técnicas tales como la inyección directa de vapor en el producto con posterior envasado aséptico y prácticamente se hallan restringidas al tratamiento de productos líquidos homogéneos, tales como la leche. En la actualidad se esta intentando extender este tipo de procesos a temperaturas ultraelevadas para el tratamiento de alimentos sólidos y particulados mediante la utilización de nuevas técnicas de calentamiento tales como el calentamiento óhmico y por microondas.
Este breve resumen ilustra la enorme evolución de la Tecnología de los Alimentos en general y de las técnicas de conservación de los alimentos en particular; sin embargo, el permanente avance del conocimiento científico y tecnológico sin duda permitirá el diseño de nuevos procesos todavía más seguros y eficaces y, de hecho, nuevos métodos de inactivación como las altas presiones, las descargas eléctricas etc. son ya una realidad. En los últimos años parece haber surgido, en algunos sectores de opinión, un cierto recelo acerca de hipotéticos riesgos que la manipulación industrial de los alimentos puede introducir. No es objeto de este resumen hacer una enumeración puntual de cada una de las ventajas e inconvenientes que la implantación de la Tecnología de los Alimentos ha supuesto en el último siglo; no obstante coincidimos con el Prof. Clydesdale en que: ”nunca en la historia de la humanidad el hombre tuvo a su disposición tal cantidad de alimentos, no solo nutritivos sino también sanos, de alta calidad y atractivos a tan bajos precios.”
