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Nuevas tecnologías en la conservación y transformaciónde los alimentos

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Alberto Alcocer, 13, 1º D. 28036 MadridTel.: 91 353 33 70. Fax: 91 353 33 73. [email protected]

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ISBN: 978-84-7867-055-0ISBN: 978-84-92681-14-3 Depósito Legal: M-18349-2010

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Nuevas tecnologías en la conservación y transformación de los alimentos

Autores

Dr. Carlos Alonso CallejaFacultad de Veterinaria, Universidad de León. España.

Dr. Ignacio Álvarez LanzaroteGrupo de Nuevas Tecnologías de Conservación e Higienización de los Alimentos. Dpto.

de Producción Animal y Ciencia de los Alimentos. Universidad de Zaragoza. España.

Dra. Johanna BjörkrothProfesora del Department of Food and Environmental Hygiene.

Universidad de Helsinki. Finlandia.

Dra. Rosa Capita GonzálezFacultad de Veterinaria, Universidad de León. España.

Dr. Ramón Catalá MoragregaInstituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos. CSIC. Valencia. España.

Dra. M.ª José Cocero AlonsoGrupo de Investigación Ingeniería de Procesos a Presión. Ingeniería Química y Tecnología

del Medio Ambiente. Universidad de Valladolid. España.

Dr. Luca S. CocolinDi.Va.P.R.A., University of Turin. Italia.

Dra. Ana M.ª Diez MatéÁrea de Tecnología de los Alimentos. Departamento de Biotecnología y Ciencia

de los Alimentos. Universidad de Burgos. España.

Dr. Rafael Gavara ClementeInstituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos. CSIC. Valencia. España.

Dr. Joaquín Gómez EstacaInstituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos. CSIC. Valencia. España.

Dr. Buenaventura Guamis LópezDirector del Centro Especial de Investigacón Planta de Tecnología

de los Alimentos (CERPTA). Universidad de Barcelona. España.

Dra. Liesbeth JacxsensDepartment of Food Safety and Food Quality. University of Gante. Bélgica.

Dra. Isabel Jaime MorenoÁrea de Tecnología de los Alimentos. Dpto. de Biotecnología y Ciencia de los Alimentos. Universidad de

Burgos. España.

Dr. Mark LintonFood Microbiology Branch, Agriculture, Food & Environmental Science Division, Agri-Food

and Biosciencies Institute. Belfast, Reino Unido.

Dr. Tomás López PedemonteCERPTA-UAB. Malta Consolider. TECNIO. XaRTA

Dra. Pieternel A. LuningProduct Design and Quality Management Group. University of Wageningen. Netherlands.

Dr. Ángel Martín MartínezGrupo de Investigación Ingeniería de Procesos a Presión. Ingeniería Química y Tecnología


Dra. Margaret F. PattersonFood Microbiology Branch, Agriculture, Food & Environmental Science Division, Agri-Food

and Biosciencies Institute. Belfast, Reino Unido.

Dr. Pierre A. PicouetUnidad de Ingeniería y Procesado de Alimentos IRTA-TA.

Monells, Girona. España.

Dr. Miguel Prieto MaradonaFacultad de Veterinaria, Universidad de León. España.

Dra. Kalliopi RantsiouDi.Va.P.R.A., University of Turin. Italia.

Dr. Javier Raso PueyoGrupo de Nuevas Tecnologías de Conservación e Higienización de los Alimentos. Dpto.

de Producción Animal y Ciencia de los Alimentos. Universidad de Zaragoza. España.

Dra. Soraya Rodríguez RojoGrupo de Investigación Ingeniería de Procesos a Presión. Ingeniería Química y Tecnología


Dr. Alfredo C. Rodríguez ZendejasDirector de Ingeniería. National Center for Food Safety and Technology (NCFST).

Illinois Institute of Technology. EE.UU.

Dr. Jordi Rovira CarballidoÁrea de Tecnología de los Alimentos. Dpto. de Biotecnología y Ciencia de los Alimentos.

Universidad de Burgos. España.


Índice7 Prólogo

D. Ricardo Martí Fluxá

9 Prólogo

Dra. Isabel Jaime Moreno Dra. Sagrario Beltrán Calvo

13 Seguridad alimentaria, hoy

Dr. Jordi Rovira CarballidoDra. Ana M.ª Diez MatéDra. Pieternel A. LuningDra. Liesbeth Jacxsens

27 Leuconostoc gasicomitatum, un organismo deteriorante específico

Dra. Johanna Björkroth

35 Nuevos enfoques en la definición y descripción depoblaciones microbianas deteriorantes de alimentos: los métodos moleculares directos aplicados a nivel de ADN y ARN

Dr. Luca S. CocolinDra. Kalliopi Rantsiou

45 Aplicación de métodos combinados de conservación.Experiencias en la Universidad de Burgos

Dra. Ana M.ª Diez MatéDra. Isabel Jaime MorenoDr. Jordi Rovira Carballido

59 “Pasteurización” de alimentos por altas presiones

Dra. Margaret F. PattersonDr. Mark Linton

73 Esterilización de alimentos por alta presión y aplicación delenfoque del objetivo de seguridad alimentaria (FSO) paradesarrollar procesos de esterilización

Dr. Alfredo C. Rodríguez Zendejas

81 Homogenización a altas presiones. Tecnología y aplicaciones

Dr. Buenaventura Guamis LópezDr. Tomás López Pedemonte

93 Aplicaciones de los pulsos eléctricos de alto voltajeen la industria alimentaria

Dr. Ignacio Álvarez LanzaroteDr. Javier Raso Pueyo

111 Altas frecuencias como proceso de descontaminaciónalternativo y tomografía computerizada como herramienta de seguimiento de procesos

Dr. Pierre A. Picouet

123 La tecnología de fluidos supercríticos en la industria.Formulación de aditivos alimentarios

Dra. M.ª José Cocero AlonsoDr. Ángel Martín MartínezDra. Soraya Rodríguez Rojo

141 Innovaciones en el envasado de los alimentos. Envasado activo y envasado inteligente

Dr. Joaquín Gómez EstacaDr. Rafael Gavara ClementeDr. Ramón Catalá Moragrega

153 Evaluación de riesgos emergentes en seguridadalimentaria

Dr. Miguel Prieto MaradonaDra. Rosa Capita GonzálezDr. Carlos Alonso Calleja

Bienvenidos a la lectura de este libro, primer resultado de la colaboraciónentre la Universidad de Burgos y el Instituto Tomás Pascual Sanz. El libro reco-ge las conferencias impartidas durante el Curso de Verano “Nuevas tecno-logías en la conservación y transformación de alimentos”, celebrado en juliodel 2009.

Este Curso de Verano, dirigido por las doctoras Sagrario Beltrán e IsabelJaime, tuvo por objetivos actualizar los conocimientos sobre los riesgos exis-tentes en la industria alimentaria y las posibilidades de control en la misma,acercar a estudiantes y profesionales las últimas tecnologías e innovacionesaplicables en la industria alimentaria y presentarles los aspectos prácticos delas investigaciones relacionadas con la mejora de la seguridad alimentaria.

Estos objetivos se recogen perfectamente en el programa del Curso, divididoen tres módulos: “Seguridad alimentaria y deterioro de alimentos”, en el quese describieron nuevos microorganismos deterioradores de alimentos conse-cuencia de los nuevos envases y menos agresivas técnicas de procesado, lastecnologías más avanzadas en la detección de dichos microorganismos y susecosistemas y la combinación sinérgica de ellas para estudiar casos particular-mente difíciles; las nuevas tecnologías de conservación, tales como las altaspresiones y sus diferentes combinaciones con otros procesos de conservación,que ya se están aplicando con éxito en ciertas empresas agroalimentarias, fue-ron temas del segundo módulo. Por último se trataron las tecnologías másnovedosas, a las que se han dedicado varias ponencias: fluidos supercríticos,el envasado inteligente, las altas frecuencias, los pulsos luminosos, los pulsoseléctricos o los ultrasonidos se reservaron para el tercer módulo. El curso secompletó con visitas a dos destacadas empresas castellano-leonesas.

En el Curso hemos disfrutado de conferencias impartidas por especialistasprocedentes de varios países, resultado de los trabajos en colaboración quela Universidad de Burgos viene realizando desde sus comienzos con centrosextranjeros de investigación. Su participación sin duda ha enriquecido estelibro que le presentamos ya que han aportado nuevas experiencias y conoci-miento en problemas reales y técnicas actuales.

El Instituto Tomás Pascual Sanz agradece al Rectorado y personal de laUniversidad de Burgos, y en particular a las Directoras de la Cátedra TomásPascual – Universidad de Burgos, el esfuerzo que ha supuesto la organización

Prólogo


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y desarrollo de este Curso. A nuestros lectores, esperamos que disfru-ten de este libro llamado a convertirse en un libro de consulta paraaquellas personas que trabajan en el ámbito de la tecnología alimen-taria.

D. Ricardo Martí Fluxá

Presidente Instituto Tomás Pascual Sanzpara la nutrición y la salud

La seguridad de los alimentos es una preocupación constante en todo elmundo. Aunque las crisis alimentarias y las intoxicaciones causadas por ali-mentos que afectan a un gran número de consumidores lógicamente gene-ran alarma, el esfuerzo que se está realizando para conocer y controlar losdiferentes factores que pueden comprometer la seguridad de nuestros ali-mentos es enorme. Las herramientas disponibles para hacer frente a la ame-naza de los peligros biológicos, que tienen por objeto proteger al consumi-dor, reduciendo el riesgo de los mismos en los alimentos, cada vez son másnumerosas y eficaces. La necesidad de aumentar la seguridad de los alimen-tos, unida a la demanda de los consumidores de alimentos para que éstossean más “naturales”, más “frescos”, con menor tratamiento tecnológico ymejor calidad nutricional y con una vida útil relativamente larga está deter-minando que se modifique la forma de aplicar algunas de las técnicas de con-servación tradicionales y que progresivamente surjan nuevas tecnologías.

Están adquiriendo importancia los procesos combinados y el procesado míni-mo. En casi todos los países las tecnologías basadas en la utilización conjun-ta de distintos factores inhibidores para conseguir la estabilidad microbioló-gica final se denominan “tecnologías barrera o de obstáculos”; en Españageneralmente se conocen como “métodos combinados de conservación”. Sedefinen como la combinación de barreras o técnicas, insuficientes por sepa-rado para proteger el alimento, pero que en conjunto pueden llegar a impe-dir o retrasar la actuación de los factores de alteración. Se han identificadomuchos factores u obstáculos. Algunas de las técnicas utilizadas son tradicio-nales y conocidas desde hace mucho tiempo, pero en otros casos se trata detécnicas bastante nuevas en la industria alimentaria como calentamientoóhmico, altas presiones, pulsos eléctricos, pulsos luminosos, campos magné-ticos oscilantes, ultrasonidos, sustancias antimicrobianas naturales y diversastécnicas de envasado. El procesado mínimo incluye gran número de tecnolo-gías y métodos que permiten una modificación mínima de las característicasdel alimento, pero al mismo tiempo le confieren una vida útil suficientemen-te amplia. Este término tiene amplias connotaciones, puesto que tambiénincluye aspectos sobre la calidad nutricional y lo saludables que sean los ali-mentos, así como aspectos de ahorro energético y respeto al medioambien-te. Las estrategias son variadas, en muchos casos se utilizan los métodoscombinados, pero también otras como modificación de ingredientes, mayor

Prólogo


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higiene, salas blancas, eliminación de microorganismos patógenos delos alimentos y de las materias primas más habitualmente contamina-das para poder reducir la intensidad de los métodos de conservación,etc.

Ante el interés que consideramos que tienen los temas mencionadosse organizó el Curso de Verano “Nuevas Tecnologías en la Con-servación y Transformación de los Alimentos”, que se celebró en Bur-gos en julio de 2009 y cuyas ponencias se recogen en este libro. Serevisan los aspectos más destacados en cuanto a la seguridad alimen-taria y la situación planteada ante la aparición nuevos peligros biológi-cos que pueden afectar a los alimentos, como son los patógenosemergentes. Se describen, asimismo, las últimas investigaciones endeterioro de alimentos y las metodologías más actuales para la detec-ción de bacterias alterantes y patógenas en alimentos. Con respecto alos métodos de conservación, se incluyen temas relativos a altas pre-siones hidrostáticas, pulsos eléctricos, pulsos luminosos, ultrasonidos,altas frecuencias, tratamiento con dióxido de carbono supercrítico,envasado activo y envasado inteligente, entre otros. En relación con lasnuevas tecnologías de transformación de alimentos, se tratan aspec-tos relacionados con la utilización de ingredientes naturales, técnicasnovedosas de extracción y transformación de los mismos, como losfluidos supercríticos, homogeneización mediante altas presiones, etc.

Este curso de verano, que se encuadra dentro de las actividades de laCátedra Tomás Pascual Sanz – Universidad de Burgos, ha constituidouna oportunidad excepcional para reunir a expertos de prestigio inter-nacional, que realizaron las interesantísimas ponencias que se recogenen el libro sobre los aspectos más novedosos de cada uno de los temastratados.

Para que este proyecto, en sus dos facetas: curso y libro que ahora sepresenta, se hiciera realidad, se ha contado con la implicación, la dedi-cación y el trabajo de diversas personas e instituciones a los que que-remos expresar nuestro más sincero agradecimiento. Al InstitutoTomás Pascual para la nutrición y la salud, impulsor y financiador, tan-to del curso como de la edición de este libro, por su apoyo imprescin-dible, pero especialmente por su compromiso con la investigación enel campo de la Tecnología de los Alimentos y la divulgación de la mis-ma. A la Universidad de Burgos por su implicación, facilitando todoslos aspectos organizativos que tanto esfuerzo requieren y al Depar-tamento de Biotecnología y Ciencia de los Alimentos, al que está vin-culada la citada Cátedra, por su apoyo.

Prólogo

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Las instituciones no son impersonales, y por eso, terminamos con la partemás importante para que este libro haya podido ser editado, que son las per-sonas a las que directamente hay que agradecérselo. A cada uno de losponentes que han participado porque ha sido su trabajo de años el que seplasma en cada uno de los capítulos que constituyen el libro. A MarcoAntonio Delgado y Alfonso Perote, del Instituto Tomás Pascual, por su dispo-nibilidad en todo momento y por su gran trabajo; aunque suena a frasehecha, sin ellos realmente no tendríamos este libro. A Jordi Rovira,Vicerrector de Investigación de la Universidad de Burgos, por su entusiasmocontagioso en este proyecto y su apoyo incondicional.

Dra. Isabel Jaime Moreno Profesora de Tecnología de los Alimentos.Universidad de Burgos

Dra. Sagrario Beltrán Calvo Profesora de Ingeniería Química.Universidad de Burgos

ResumenEn el presente capítulo se tratarán dife-rentes aspectos relativos a la seguridadalimentaria en el contexto actual. Prime-ramente, se explicará el concepto de cali-dad alimentaria y su relación con la vidaútil de los alimentos y la propia seguridadalimentaria, ya que ambos aspectos van aser objeto del desarrollo del presentelibro. A continuación, se describirán bre-vemente los diferentes peligros que com-prometen la seguridad de nuestros ali-mentos, se introducirá también el concep-to de riesgo y se analizarán de manerasucinta qué alimentos son más suscepti-bles de entrañar peligro. De los diferentespeligros que pueden contaminar los ali-mentos, en este capítulo nos centraremosen los peligros biológicos. Seguidamente,se procederá a hacer una descripción dela situación actual, basada en datos esta-dísticos de las principales Agencias deSeguridad Alimentaria, tanto americanacomo europea, analizando con detalle lasdiferentes causas que pueden favorecer lapresencia de peligros biológicos en los ali-mentos. La cuarta sección estará destina-da a una breve descripción de las diferen-tes herramientas disponibles para hacerfrente a la amenaza de los peligros bioló-gicos, que tienen por objeto proteger alconsumidor, intentando reducir el riegode los mismos en los alimentos. En estasección, se mencionarán las diferentes es-trategias que tienen como objetivo final

aumentar la seguridad alimentaria de unproducto alimentario. Finalmente, se pro-cederá a explicar algunas de las nuevasiniciativas desarrolladas en el seno delproyecto PathogenCombat. En este apar-tado se introducirán y explicarán dos nue-vas metodologías: un instrumento dediagnóstico para evaluar los diferentes sis-temas de gestión de la seguridad alimen-taria (FSMS; Food Safety ManagementSystem) independientemente del sistemautilizado por cada operador alimentario, yun plan de evaluación de la calidad micro-biológica (MAS; Microbial AssessmentScheme), aplicable a cualquier eslabón dela cadena alimentaria. Por último, se pro-ponen una serie de conclusiones.

Hay que resaltar que el objetivo de estecapítulo no es hacer una revisión profun-da del tema, sino más bien una someraintroducción a los demás capítulos del li-bro, en los que se profundizará en algu-nos de los aspectos aquí tratados.

Calidad alimentaria y seguridad alimentariaEl objetivo principal de este libro es des-cribir, a través de las valiosas contribucio-nes realizadas por los diferentes autores,cómo es posible obtener alimentos demayor calidad. Es por ello que parece re-levante que se dediquen unas líneas queayuden a comprender al lector el alcancedel concepto de calidad alimentaria. Haymuchas definiciones que intentan expli-

Seguridad alimentaria, hoyDr. Jordi Rovira Carballido, Dra. Ana M.ª Diez Maté, Dra. Pieternel A. Luningy Dra. Liesbeth Jacxsens


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car con más o menos éxito qué se en-tiende por calidad de un producto, perosin duda alguna las definiciones que hanconseguido tener más éxito son las quedefinen a la calidad de un producto, co-mo la adecuación al uso del mismo, y sepuede concretar en que el objetivo de lacalidad es cumplir o exceder las expecta-tivas del consumidor. Esta misma defini-ción se puede aplicar también a los pro-ductos alimenticios. Sin embargo, y másallá del concepto o definición de calidad,hay que tener en cuenta que un produc-to alimenticio no se comporta igual queotro tipo de productos de consumo. Losalimentos son en sí mismos productoscomplejos (Luning y Marcelis, 2006), ela-borados a partir de materias primas pe-

recederas, sometidas a diferentes proce-sos que alteran en ocasiones profunda-mente la estructura de las materias pri-mas de partida, y con una vida útil muylimitada en función del producto del quese trate. Así pues, la calidad alimentariaviene definida por una serie de dimen-siones o características intrínsecas (queafectan físicamente al producto) y extrín-secas (sistemas de producción, aspectosmedioambientales, etc.) del producto.Entre estas dimensiones se pueden citarla vida útil, la comodidad, la calidadnutricional, el precio, la calidad sensorialy los aspectos saludables, entre otras, ypor supuesto la seguridad alimentaria(figura 1). Además, el concepto de cali-dad alimentaria puede variar en función

Figura 1. Relación entre seguridad alimentaria y calidad del producto y política de calidad de la empresa, ycobertura de los diferentes aspectos de la calidad por sistemas de gestión de la misma en cada ámbito. Enverde aparecen los llamados sistemas de aseguramiento de la calidad integrados. QA: Quality Assurance System; BRC: British Retail Consortium; BPF: Buenas Prácticas de Fabricación; PPRs:Programas Pre-Requisitos; APPCC: Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control; TQM: Total QualityManagement.

Calidad

QASystems

BPFPPRs

APPCC ISOSeguridad

laboralMedio

ambiente

CalidadtotalTQM

CalidadProducto

SeguridadProducto

Calidadtotal

BRC

de las expectativas de cada consumidor,a pesar de que las dimensiones (caracte-rísticas) de calidad de los alimentos pue-dan ser las mismas. Así pues, la vida útily la seguridad alimentaria de un alimen-to son aspectos o dimensiones de unconcepto más amplio que es la calidadalimentaria.

Como se ha comentado anteriormente,los alimentos son perecederos y por lotanto, se acaban alterando y deterioran-do, hasta que dejan de ser adecuados pa-ra su uso, o no cumplen ya con las expec-tativas del consumidor en ese momento.Por tanto, se puede definir la vida útil deun alimento, como el tiempo en el quelas características globales de los alimen-tos se mantienen óptimas para satisfacerlas expectativas del consumidor. Los ali-mentos se pueden alterar por agentesalterantes físicos, como pueden ser gol-pes, aplastamientos, roturas, fluctuacio-nes de temperatura, quemaduras porfrío, pérdidas de humedad que implicandesecaciones, o la retrogradación del al-midón que produce modificaciones seve-ras de textura; agentes químicos, que im-plican reacciones químicas que cambianlas características de los alimentos, comopueden ser reacciones químicas no cata-lizadas por enzimas, como las reaccionesde Maillard que producen pardeamientono enzimático, o formación de compues-tos amargos, alteraciones mediadas porreacciones enzimáticas como el pardea-miento que sufren algunos vegetales de-bido a la presencia de polifenol oxidasas,o la aparición de sustancias amargas porefecto de lipasas en quesos, etc. Final-mente, los agentes microbiológicos pue-den alterar los alimentos cuando crecende manera abundante sobre ellos, de tal

manera que se considera que un alimen-to está alterado y no se puede consumircuando la población bacteriana alterantesobrepasa una cantidad de 107 ó 108

ufc/g (Diez et al, 2008).

Por seguridad alimentaria se entiende alconjunto de medidas que habría quetomar para minimizar el riesgo de ingerirproductos alimenticios que presentenalgún peligro que pueda causar un efec-to adverso en la salud del consumidor, acorto o a largo plazo.

Tipos de peligros que comprometen la seguridad alimentaria

Se entiende por peligros aquellos agentesbiológicos, químicos o físicos que conta-minan a un alimento haciendo que ésteno sea seguro para el consumo. Así pues,existen tres tipos de peligros en funciónde los agentes contaminantes antes men-cionados: peligros físicos, químicos y bio-lógicos.

Los peligros físicos pueden llegar a los ali-mentos en cualquier fase de la cadenaalimentaria. Son sustancias extrañas a losmismos, como pueden ser trozos demetal, vidrio, madera, plástico, piedras…que suponen un riesgo para la salud.Actúan a corto plazo y las principalesconsecuencias son la asfixia y lesiones enla boca, y además constituyen un foco decontaminación microbiana.

Los peligros químicos también pueden lle-gar a los alimentos en cualquier fase de suproceso de elaboración. Pueden actuar acorto plazo provocando episodios agu-dos, como es el caso de alérgenos o laingestión de productos tóxicos, o a largo

Seguridad alimentaria, hoy

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plazo (efecto crónico), como es el caso decompuestos que ejercen su efecto demanera acumulativa, como pueden sersustancias carcinogénicas. Entre los peli-gros químicos se encuentran los produc-tos de limpieza, pesticidas, alérgenos, me-tales tóxicos y nitrosaminas, bifenilos poli-clorados (PCBs), sustancias que puedenmigrar del envase al producto, residuosde drogas veterinarias, aditivos químicoso productos generados por un mal proce-so de elaboración. Uno de los casos másdramáticos ocasionado por un contami-nante químico, en nuestro país, fue elprotagonizado por el denominado “sín-drome tóxico” causado por el consumode aceite de colza contaminado con ani-linas, debido a una práctica fraudulenta,a principios de la década de los 80, en elsiglo pasado. Dicho síndrome afectó amás de 20.000 personas, con más de11.000 hospitalizaciones y alrededor de1.100 muertos, dejando en los afectadossecuelas de diversa consideración.

Los peligros biológicos también puedencontaminar a los alimentos en cualquiermomento a lo largo de la cadena alimen-taria. Generalmente actúan a corto plazoocasionando episodios agudos. Entre lospeligros biológicos se encuentran lossiguientes: infectaciones por invertebra-dos como ácaros, gorgojos, gusanos,moscas, parásitos como la Triquina, Toxo-plasma, Giardia, Taenia, hongos produc-tores de micotoxinas, bacterias como Sal-monella, Listeria, Clostridium, virus comocalicivirus tipo Norwalk, hepatitis A o prio-nes, que ocasionaron la crisis de las vacaslocas (EEB/BSE).

Las bacterias pueden actuar de dos for-mas diferentes, ya sea de manera directa,es decir, infección por crecimiento bacte-

riano, cuyos síntomas suelen aparecer enpocas horas, como es el caso de Salmo-nella, Campylobacter, E. coli, o de maneraindirecta, mediante la producción de toxi-nas, apareciendo en este caso los sínto-mas al cabo de días o semanas, comoocurre con algunas cepas de S. aureus, B.cereus y Clostridium. Las principales fuen-tes de contaminación por microorganis-mos en alimentos suelen ser: contamina-ción de la materia prima, inadecuadocontrol de la temperatura durante el coci-nado, refrigerado y almacenamiento,contaminación cruzada entre productoscrudos y preparados, deficiente higienepersonal y mala manipulación de los ali-mentos (CDC, 2006). Según una declara-ción de la Organización Mundial de laSalud, la contaminación microbiana es elmayor riesgo para la seguridad alimenta-ria en la actualidad (WHO, 2002). Por ello,a partir de ahora nos centraremos en di-chos peligros.

Situación actualContrariamente a lo que en principio sepuede pensar, la realidad es que el núme-ro de afectados por alimentos contami-nados por agentes biológicos, no sólo nodisminuye, sino que en ocasiones inclusoaumenta, tanto en países en vías de de-sarrollo, como en países desarrollados. Eneste sentido, la frecuencia de desórdenesgastrointestinales severos en Estados Uni-dos es en la actualidad un 34% más queen 1948, y cada año se ven afectadas76.000.000 personas, de las cuales re-quieren hospitalización 325.000, ocasio-nando la muerte a alrededor de 5.000personas (CDC, 2006). Datos publicadospor el Centro Europeo de Prevención deEnfermedades y Control (ECDC, 2008) re-


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feridos a la situación en Europa apuntanla misma tendencia. En este sentido, nose consigue rebajar la incidencia de afec-tados por bacterias de transmisión ali-mentaria como Salmonella, Campylobac-ter, Listeria y E.coli STEC, o al menos notanto como sería deseable.

Se define riesgo como la probabilidad deque un peligro ocurra y por lo tanto de-sencadene un brote. Hay que dejar claroque, por la propia naturaleza compleja delos alimentos, tal y como se ha comenta-do antes, no es posible alcanzar el riesgocero en seguridad alimentaria.

Sobre las causas por las que no se consi-gue reducir sustancialmente la incidenciade casos relacionados con brotes alimen-tarios, no es fácil encontrar una respues-ta sencilla, y parece que puede ser debi-do a un efecto multicausa. Es evidenteque en los últimos años se han mejoradolas técnicas analíticas capaces de detectarcon mayor precisión la presencia de mi-croorganismos patógenos en los alimen-tos, aflorando un mayor número de ca-sos de personas afectadas. Asimismo, sehan producido grandes cambios en lossistemas de aprovisionamiento de comi-da, que implican la producción de mayo-res cantidades de comida, la implanta-ción de un sistema de agricultura y gana-dería intensivos, aumento del comerciointernacional y por lo tanto del movi-miento de grandes cantidades de comidade una a otra parte del planeta, lo que hahecho que la distancia entre las zonas deproducción y consumo aumente; cam-bios profundos en el estilo de vida, quellevan consigo un aumento de las comi-das fuera del hogar, o la preferencia porcomidas de fácil preparación en casa,cambiando los hábitos culinarios tradicio-

nales que implicaban largos tiempos decocción; un aumento de la esperanza devida y un paulatino deterioro del sistemainmunitario de la población con mayoredad; una pasión por lo “natural”, quehace que se reduzca la adición de conser-vantes en los alimentos y se empleencada vez más técnicas de conservaciónmenos agresivas y que sean capaces demantener las características sensorialesde los alimentos, así como la aparicióncada vez más frecuente de microorganis-mos resistentes; finalmente, la calidad yseguridad alimentarias se ven muy com-prometidas por el estrés de reducir loscostes de producción y aumentar la pro-ductividad, especialmente en épocas decrisis económica, como la actual.

Herramientas quegarantizan la seguridadalimentaria

A pesar de que el problema no es menor,hay que reconocer que se dispone de unaserie de herramientas que ayudan a man-tener los brotes de intoxicaciones alimen-tarias en cifras razonables; imaginemospor un momento qué podría ocurrir si nose dispusiera de las herramientas que seemplean actualmente.

Entre estas herramientas se pueden dis-tinguir aquellas que forman los sistemasde gestión de la seguridad alimentaria(FSMS). Estos sistemas son las denomina-das Buenas Prácticas de Fabricación (BPF),de Higiene (BPH) y el sistema de Análisisde Peligros y Puntos de Control Críticos(APPCC). Las BPF/BPH son un paquete derequerimientos y procedimientos, pro-puestos por primera vez por el CodexAlimentarius, que aseguran una elabora-


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ción de los alimentos en condiciones dehigiene y seguridad alimentaria, con elobjetivo de tratar de limitar al máximo lacontaminación de los alimentos (CAC,2003). En realidad se trata de aplicar elsentido común a la elaboración de los ali-mentos. Cuando estas BPF/BPH se ponenpor escrito y se establece un registro for-mal de su seguimiento y cumplimientopodemos hablar de los Programas Pre-Requisito (PPR). La correcta aplicación delos PPR es imprescindible para poder eje-cutar con efectividad otro FSMS como esel sistema APPCC, el cual se basa en elcumplimiento de siete principios básicosque implican el análisis de peligros de unproceso de elaboración concreto, paralos que se definen una serie de puntos decontrol, que son críticos para garantizarla seguridad del producto. También seestablecen unos límites de control críticosy una serie de medidas preventivas, unosprocedimientos de control, unas medidascorrectoras en caso de sobrepasar loslímites críticos, y finalmente el estableci-miento de un sistema de registro y deunos procedimientos de verificación delsistema (CAC, 2003). La implantación yseguimiento actualizado del sistemaAPPCC es obligatorio desde el año 1996.Estos sistemas descritos son sin embargoespecíficos de cada industria alimentaria.

Tal y como se aprecia en la figura 1 lossistemas descritos en el párrafo anterior(FSMS) sólo afectan a la gestión de laseguridad alimentaria, pero ésta a su vezes sólo una parte, una dimensión de lacalidad del producto, y es por ello quepara garantizar que un producto alimen-tario se produce siempre de la mismamanera y sea constante en todas susdimensiones de calidad, es necesario apli-

car los denominados Sistemas de Gestiónde la Calidad, para dirigir e implementarla política de calidad de la empresa y asíalcanzar los objetivos de calidad propues-tos (ISO 9001, 2008).

Más recientemente, y con la idea de inte-grar los beneficios de los FSMS y de losSistemas de Gestión de la Calidad, y asífacilitar su aplicación conjunta, han surgi-do una serie de iniciativas, que podemosagrupar con los términos de SistemasIntegrados de Gestión de la Calidad oQuality Assurance Standards (QA), que loque intentan es integrar directamente losaspectos de los FSMS con los Sistemas deGestión de la Calidad (ver figura 1). Eneste sentido muchas asociaciones deminoristas o de empresas de distribuciónhan creado sus propios estándares comoes el caso de los BRC (British RetailConsortium), o más recientemente losISO 22000: 2005.

Además de los FSMS, de los Sistemas deGestión de la Calidad, y de los QA están-dares, las empresas disponen de otra he-rramienta, que si bien no ayuda directa-mente a incrementar la seguridad ali-mentaria de una empresa, sí que ayuda aminimizar el impacto sobre la poblaciónen caso de contingencia o de apariciónde una sospecha sobre la seguridad deun lote producido, esta herramienta es latrazabilidad o rastreabilidad. Se puededefinir la trazabilidad como la capacidadpara seguir el movimiento de un alimen-to a través de etapas especificadas de laproducción, transformación y distribu-ción, es decir, en cualquier momento dela cadena alimentaria, facilitando la reti-rada y recuperación de los alimentos sos-pechosos de presentar un peligro para lasalud de los consumidores.


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Hasta este momento se han descrito lasherramientas de las que disponen lasempresas para garantizar la seguridad desus productos. Sin embargo, parece quepara garantizar la seguridad alimentariade la población en general, no basta conla acción aislada de las empresas, aunsiendo esta acción muy importante, porlo que las autoridades gubernamentalestienen que jugar también un papel activoen el sistema. En este sentido, es respon-sabilidad de los gobiernos o institucionessupragubernamentales clarificar algunosaspectos claves, así como utilizar las me-todologías adecuadas para garantizar laSalud Pública. Por ello, se ha desarrolladoel concepto de Nivel Adecuado deProtección (ALOP; Appropiate Level ofProtection) (figura 2). Los ALOP son losniveles de riesgo que una sociedad estádispuesta a asumir frente a un peligro, eneste caso, un peligro microbiológico rela-cionado con el consumo de alimentos,

por ejemplo la incidencia de salmonelosisen Europa está, según la ECDC, en tornoa los 39 casos por 100.000 habitantes,pero un ALOP por parte de la UE, podríaser rebajar la incidencia a la mitad en unplazo de cinco años. En este caso deberíainstrumentar una serie de políticas enca-minadas a alcanzar este objetivo, quepueden plasmarse en leyes, recomenda-ciones e iniciativas. El establecimiento deun ALOP es por tanto una decisión políti-ca. Sin embargo, estas decisiones políti-cas no pueden ser tomadas en generalsin ningún tipo de criterio, y normalmen-te se basan o deberían basarse en crite-rios puramente científicos. Así está reco-gido en la llamada Ley General de Ali-mentación de la UE (CE 172/2002), en laque se especifica que el instrumento uti-lizado para este fin será la Evaluación deRiesgos. La evaluación de riesgos es unametodología que se basa en tres accionesimportantes que son: el análisis de ries-


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Figura 2. Sistemas de Gestión de la Seguridad Alimentaria a nivel de empresa y su relación con herramien-tas que sirven para establecer Niveles Adecuados de Protección (ALOP) en base a un análisis de riesgos, y quese comunican al nivel industrial a través de los Objetivos de Seguridad Alimentaria (FSO). Adaptado de Gorris,2005.

A nivel de Gobierno

A nivel de industria

ALOP

Análisisriesgos

APPCC

BPF; BPH; PPRs

FSO

gos, la gestión de riesgos y la comunica-ción de riesgos. El análisis de riesgos esuna actividad propia del ámbito científicoy consta a su vez de cuatro actividades:análisis de peligros, caracterización de lospeligros, evaluación de la exposición ycaracterización del riesgo; en la UE estaacción es desarrollada por la EFSA (Euro-pean Food Safety Autority) y la ECDC(European Center for Diseases Preventionand Control), y a nivel de cada Estado lascorrespondientes Agencias de SeguridadAlimentaria. La gestión del riesgo corres-ponde, en Europa, a la Comisión Europea,y la comunicación a las propias agenciasantes mencionadas.

Con el fin de vincular los ALOP basados enla Evaluación de Riesgos con la actividadde las empresas alimentarias se ha busca-do la figura de los objetivos de seguridadalimentaria (FSO, Food Safety Objectives),y los objetivos de actuación (PO, Perfor-mance Objectives) (ver figura 3). Se puede

definir un FSO como la máxima frecuenciao concentración de un peligro en un ali-mento en el momento de su consumo,que contribuye a alcanzar un ALOP. Por lotanto, su misión es transformar un objeti-vo de Salud Pública establecido por unGobierno a una concentración o frecuen-cia de dicho peligro en un alimento (ICMSF,2005; Gorris, 2005). Pero una cadena ali-mentaria está constituida por diferenteseslabones, los cuales necesitan tener unaserie de referencias para poder conseguirel FSO, es por ello que se necesitan los POque determinan los niveles o concentracio-nes del peligro en los diferentes eslabonesde dicha cadena (ver figura 3).

Nuevas aportaciones desdePathogenCombat

PathogenCombat es un proyecto euro-peo financiado por el Sexto ProgramaMarco de la Unión Europea, cuyo princi-pal objetivo es el de generar nuevos co-


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Figura 3. Posición de los FSO y de los PO a lo largo de la cadena alimentaria (ICMSF, 2005).

Producciónprimaria

Medidasde control

p. ej.: GAPs

Objetivosde actuación

Elaboración otransformación

Transporte Minoristas Preparación Cocinado Consumo



Objetivosde seguridadalimentaria

Medidasde control

p. ej.: GHP. HACCP

Medidasde control

p. ej.: cocinado

Exposición

Objetivode SaludPública

nocimientos y desarrollar nuevas estrate-gias para aumentar la seguridad alimen-taria de los alimentos que se consumen(PathogenCombat, www.pathogencom-bat.com).

En el apartado anterior se ha hecho unbreve resumen de las herramientas dispo-nibles en la actualidad para garantizar laseguridad alimentaria, sin embargo,como se ha visto en otro apartado, pare-ce que se requieren de nuevas herramien-tas, que puedan aportar un plus de efec-tividad a las que existen actualmente. Eneste sentido, dentro de PathogenCombatse han desarrollado varias herramientas,de las cuales en este capítulo se describi-rán dos que son complementarias: unInstrumento de Diagnóstico para evaluara los FSMS empleados por las empresas(FSMS-DI) y un Plan de Evaluación de laContaminación Microbiana de la empresa(MAS, Microbial Assessment Scheme). Eneste apartado sólo se expondrán de ma-

nera muy resumida los fundamentos deestas herramientas, pero para mayor in-formación se pueden consultar las refe-rencias (Luning et al, 2008; Luning et al,2009 y Jacxsens et al, 2009).

Se puede definir un Sistema de Gestiónde la Seguridad Alimentaria (FSMS, FoodSafety Management System), como unsistema específico de cada empresa queengloba actividades de control y asegura-miento con el fin de garantizar la seguri-dad alimentaria. Las actividades de con-trol tienen como objetivo el mantener lascondiciones del producto y del procesodentro de unos límites aceptables paraalcanzar la inocuidad del producto, mien-tras que las actividades de aseguramien-to se relacionan más con aspectos rela-cionados con el funcionamiento del siste-ma y con aportar evidencia y confianza atodas las partes interesadas (stakehol-ders) acerca de los requerimientos del sis-tema (figura 4) (Luning et al, 2009).


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Figura 4. Modelo conceptual del instrumento de diagnóstico de los FSMS (FSMS-DI) (Luning et al, 2008,2009).

Características del producto

Control de seguridad alimentariaDiseño de medidas preventivas.Diseño de procesos de intervención.Diseño del sistema de control.Operación de las estrategias de control.

Características del proceso

Características de la organización

Características del entorno

Factorescontextuales

Necesidadesdel sistema

Retro-alimentación

FSMS

Garantía dela seguridaddel producto

Productoseguro

Garantía de seguridad alimentariaAjuste de los requerimientos del sistema.Validación.Verificación.Documentación y mantenimiento de los registros.

El FSMS-DI distingue tres estrategias decontrol diferentes: medidas preventivas,intervenciones y sistemas de control; paratodas estas actividades se consideran a-proximaciones tanto tecnológicas comode gestión (Luning y Marcelis, 2006 y2007). Se hace también especial hincapiéen el diseño de las estrategias y en el fun-cionamiento de las medidas de control.

Las medidas preventivas son actividadesdiseñadas para evitar y mantener el nú-mero de microorganismos en los alimen-tos, mientras que las estrategias de inter-vención están diseñadas para reducir elnúmero de microorganismos presentesen los mismos. Las estrategias de controldel sistema van encaminadas a aquellasactividades que suministran informaciónacerca del “status” del producto o de lascondiciones del proceso, que permitencorrecciones en el proceso, retirada deproductos de la línea de producción, ymejora, si es necesario, de los requeri-mientos del sistema (Luning et al, 2008).

Aparte del diseño de las estrategias decontrol, es muy importante el modo enque éstas actúan en la práctica para con-seguir el nivel deseado de seguridad ali-mentaria. Ejemplos típicos de deficienciasen el correcto funcionamiento de las es-trategias de control son el exceder lascapacidades de enfriamiento o de calorexistentes, fluctuaciones en operacionesde enfriado (abrir muchas veces el refri-gerador, apagar los arcones frigoríficosde noche, etc.), malas prácticas higiéni-cas, o desidia en la cumplimentación deformularios de control.

Junto con las actividades de control, unFSMS dispone también de actividadesque garantizan y aseguran que el sistema

está controlado y que suministran garan-tías a las diferentes partes interesadasexternas a la empresa (stakeholders). Enel FSMS-DI se han destacado las siguien-tes actividades de aseguramiento: esta-blecimiento de los requerimientos del sis-tema, validación, verificación y organiza-ción y custodia de la documentación delsistema. Las actividades relacionadas conel proceso de validación implican unacomprobación “a priori” de la efectividadde las medidas de control diseñadas,mientras que las actividades de verifica-ción suponen una comprobación “a pos-teriori” sobre si las actividades de controlestán funcionando tal como fueron dise-ñadas (Luning et al, 2009).

Es evidente que la presión que hay quehacer sobre un FSMS es diferente en fun-ción de los productos que se estén elabo-rando en una empresa, y de la diferentetecnología o proceso realizado por la mis-ma, así como de su organización en losaspectos relativos a la calidad y a la segu-ridad alimentaria, o en función de la posi-ción y postura que tome la empresa den-tro de la cadena alimentaria, frente a susproveedores y a sus clientes y la capaci-dad de influencia que tenga sobre am-bos. Es por eso que el FSMS de una em-presa se verá claramente influido por es-tos factores contextuales (figura 4), y és-tos pueden hacer que la presión sobre elFSMS de la empresa sea más o menosgrande, para conseguir un nivel determi-nado de seguridad alimentaria final.

En el FSMS-DI se han identificado dife-rentes actividades relacionadas con eldiseño de las estrategias de control, consu funcionamiento real, así como unasactividades típicas de aseguramiento delsistema y unos factores contextuales que


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influyen en el FSMS. Con el fin de evaluartodas estas actividades se han determina-do una serie de indicadores que aparecenen la figura 5 para las principales activi-dades de control y en la figura 6 para lasprincipales actividades que garantizan(aseguran) el control del sistema. Asimis-mo, se han identificado otros indicadorespara los factores contextuales.

El FSMS-DI consiste en un cuestionarioque realizan las personas encargadas dela gestión de la calidad de la empresa,con lo que se consigue evaluar el funcio-namiento real del FSMS de la empresa,independientemente del sistema emplea-do y de su complejidad, y que aflora lospuntos débiles del sistema y que, por

tanto, hay que mejorar. El cuestionario noes al uso, y se presenta una hipótesis paraun determinado indicador de una activi-dad, en la que se presentan tres nivelesde cumplimiento y complejidad del siste-ma para dicha actividad, y el encuestadotiene que seleccionar la que representemejor la situación de su sistema. Para másinformación se pueden consultar los tra-bajos de Luning et al, 2008 y 2009.

El MAS se puede utilizar de manera com-plementaria al FSMS-DI para hacer unaevaluación sistemática de los recuentosmicrobiológicos con el fin de evaluar laacción de las principales actividades decontrol de un FSMS implementado sobrela actividad microbiana (Jacxsens et al,


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Figura 5. Principales actividades de control de la seguridad alimentaria (FSC, Food Safety Control) y estrate-gias de control de las mismas, junto con los indicadores empleados para evaluar cada una de ellas. (Luninget al, 2008).

ACTIVIDADES DE CONTROL

Diseño de medidas preventivas• Adecuación de las medidas preventivas a las especificidades del producto (materia prima).• Sofisticación en el diseño higiénico de equipos e instalaciones.• Especificidad del programa de saneamiento.• Alcance de los requisitos de higiene personal.• Control de la materia prima.

Diseño de los procesos de intervención• Idoneidad de los equipos de intervención.• Especificidad del programa de mantenimiento. • Efectividad de los métodos de intervención.

Diseño del sistema de control• Adecuación del análisis de Puntos Críticos de Control (CCP).• Adecuación de los equipos analíticos.• Especificidad del programa de calibrado para equipos de medida y equipos analíticos.• Especificidad del plan de muestreo y medidas. Existencia de medidas correctoras.

Operación de las estrategias de control• Adecuación y cumplimiento de los procedimientos.• Rendimiento real de la refrigeración, de las estrategias de intervención, de los equipos de

medición, etc.

2009). El MAS incluye una serie de pasosque están recogidos de modo esquemá-tico, con su objetivo, en la figura 7. Asípues, el primer objetivo del MAS es el deobtener una fotografía del estado micro-biológico real dado por las diferentesprincipales actividades de control de unFSMS, así como de su eficacia real. Hayque clarificar que, en este sentido, la apli-cación del MAS no pretende obtener unplan de muestreo estadístico de las dife-rentes etapas de un proceso, ni estable-cer controles microbiológicos que pue-dan aceptar o rechazar un producto, sinoque se busca conocer el nivel real devariación en los recuentos microbiológi-cos en una CSL (Critical Sampling Loca-tion). Mayores niveles de variación indi-can una mayor variabilidad y por tantouna situación poco controlada. Así pues,

los resultados del MAS se expresan dedos formas diferentes: la primera mues-tra, tal y como se ha comentado anterior-mente, la variación de los recuentos mi-crobiológicos elegidos en cada CSL, y lasegunda muestra el perfil de seguridadmicrobiológica del proceso analizado(Luning et al, 2009). Este perfil permitecomparaciones entre empresas que ela-boran un mismo producto o compararentre diferentes etapas de un mismo pro-ceso.

ConclusionesA pesar de los datos estadísticos que indi-can un estancamiento en la mejora de laseguridad de nuestros alimentos, jamásse ha disfrutado de una variedad tangrande de alimentos en nuestros su-

Figura 6. Principales actividades de aseguramiento de la seguridad alimentaria (FSA, Food Assurance Control)y estrategias de control de las mismas, junto con los indicadores empleados para evaluar cada una de ellas(Luning et al, 2009).


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Definir la puesta en marcha del sistema

• Sofisticación en la traducción de las necesidades externas.• Alcance de la utilización sistemática de la información (feedback).

Documentación y mantenimiento de los registros

Sistema de control de seguridad alimentaria (FSC)

Validación

• Validación de las medidaspreventivas.

• Validación de los procesos deintervención.

Verificación

• Alcance de la verificación de laactuación de las personas.

• Alcance de la verificación de laactuación de los equipos.

ACTIVIDADES QUE GARANTIZAN LA SEGURIDAD ALIMENTARIA

permercados, ni jamás el nivel sanitarioglobal de la población de los países occi-dentales ha estado mejor. No obstante,no se puede bajar la guardia, y aunquesea imposible alcanzar el riesgo 0 en ali-mentación, hay que tender a aproximar-se al máximo a él. En la actualidad se dis-pone de buenas herramientas para con-seguirlo, pero se necesitan otras que nospermitan bajar todavía más el riesgo. Eneste capítulo se han presentado de ma-nera muy sucinta dos herramientas nue-vas desarrolladas en el seno del proyectoeuropeo PathogenCombat, que son elFSMS-DI y el MAS, y que tienen comoobjetivo conocer mejor e identificar inefi-ciencias de los FSMS actuales que emple-an las empresas independientemente delos mismos.

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Figura 7. Procedimiento para la realización del plan de evaluación microbiológica (MAS).

La localización proporciona información sobre la cargamicrobiana del producto y las estrategias de control.

Patógenos importantes (Listeria, Salmonella).Indicadores de higiene (E. coli, S. aureus). Parámetrogeneral (recuento total).

Obtener una idea microbiológica real: tres veces diarias,tres veces cada día.

Muestreo del producto y de las superficies (tablas ymanos) (CSL). Uso de las normas: ISO (fiables, precisas yrobustas).

Mostrar la variabilidad de los datos. Uso de criterioslegales para evaluar los resultados en desarrollo de laseguridad alimentaria.

Identificación de localizacionescríticas de muestreo (CSL)

Selección de los parámetrosmicrobiológicos

Evaluación de la frecuenciade muestreo

Selección del métodode muestreo y el de análisis

Procesamiento e interpretaciónde los datos

ECDC. European Centre for Disease Preven-tion and Control: Annual Epidemiological Re-port on Communicable Diseases in Europe2008. Stockholm, European Centre for Disea-se Prevention and Control, 2008.

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ResumenLeuconostoc gasicomitatum es una bacte-ria ácido-láctica (en inglés, LAB) psicrotro-fa que origina el deterioro de alimentosrefrigerados y envasados en atmósferamodificada (en inglés, MAP) derivados decarne, pescado o vegetales. Fue detecta-do por primera vez en 1997 en una mues-tra deteriorada de un alimento a base depollo marinado y envasado en MA. Lamuestra, a menos de la mitad de su fechade consumo preferente, presentaba for-mación de gas. En el año 2000, la especiefue descrita y su nombre validado. Du-rante años se consideró un organismodeteriorante específico de alimentos abase de aves, marinados y envasados enMA. Sin embargo, más tarde se detectóen diversos tipos de alimentos deteriora-dos: pescado, buey, cerdo y vegetales. Sugenoma (aproximadamente dos millonesde pares de bases, Mbp) ha sido secuen-ciado, completamente ensamblado yregistrado y será publicado este año. Hoy,L. gasicomitatum es nuestro organismomodelo en el estudio del deterioro micro-biano de los alimentos. Actualmente esta-mos investigando su potencial como bac-teria deteriorante y sus interacciones conotras bacterias. Estas investigacionesaumentarán nuestro conocimiento sobreel crecimiento y metabolismo de esteorganismo deteriorante específico y tam-bién el de otras LAB psicrotrofas.

IntroducciónLas bacterias ácido-lácticas (LAB) son orga-nismos deteriorantes específicos de ali-mentos refrigerados, ricos en nutrientes yenvasados en atmósfera rica en CO2.Típicamente causan deterioros en cárnicosy pescados, bebidas alcohólicas y alimen-tos acidificados como salsas para ensala-das y conservas vegetales (1). Los génerosmás frecuentemente asociados al deterio-ro de alimentos son Carnobacterium, Lac-tobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oe-nococcus y Pediococus. Dentro de losgéneros Carnobacterium, Lactobacillus,Lactococus y Leuconostoc existen especiespsicrotrofas. Estas especies son capaces decrecer a temperaturas de refrigeración ypor tanto capaces de deteriorar alimentosrefrigerados.

Concepto de organismodeteriorante específicoEl deterioro de los alimentos es un temacomplejo. Por organismo deterioranteespecífico nos referimos a aquella bacte-ria que produce en un alimento cambiossensoriales típicos del deterioro (2). No to-das las bacterias presentes en los alimen-tos deteriorados causan deterioro sen-sorial. Generalmente, el grupo microbianomayoritario es el responsable, pero nosiempre es así. Poco se conoce sobre lasinteracciones microbiológicas en un ali-mento en deterioro. Para comprenderlas

Leuconostoc gasicomitatum, un organismodeteriorante específicoDra. Johanna Björkroth


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mejor, actualmente los científicos estudianlos mecanismos de señalización entre bac-terias, caracterizan sustancias inhibidorascomo las bacteriocinas, aplican modelosmatemáticos predictivos y usan diversastécnicas dependientes e independientesde cultivo para la caracterización de lamicrobiota.

El deterioro por bacteriaslácticas deteriorantesespecíficas de alimentoscocinados

En los últimos 10 años han surgido algu-nos “nuevos problemas” de deterioro enproductos cárnicos finlandeses. Otros pro-blemas se han resuelto con la ayuda deinvestigación científica. En los años 80 nosenfrentamos con problemas de contami-nación post-cocinado de embutidos enrodajas (3-5). Cepas de Lactobacillus sakeiproductoras de mucosidad estaban cau-sando problemas en varios productos cár-nicos en toda Finlandia. Este problema seresolvió aislando el área de cortado y enva-sado de los productos cocinados del áreade manejo de embutidos fermentados.Hoy la separación es una práctica común.

La siguiente LAB psicotrofa que estudia-mos intensamente fue Leuconostoc car-nosum que causaba el deterioro del jamóncocido y envasado al vacío, a finales de losaños 90. Identificamos este organismocomo una LAB deteriorante específica deljamón (6) y también seguimos el origen yprogreso de la contaminación en el proce-sado del jamón (7). Pudimos demostrarlugares específicos de contaminación yayudamos a desarrollar mejoras prácticasen la fabricación de estos productos. Hasido ampliamente descrito que L. carno-

sum causa el deterioro del jamón cocido(8-11) y existen indicios de su resistencia alas temperaturas de cocción (8). EnFinlandia los problemas de contaminaciónasociados con L. carnosum se evitaron se-parando los productos cocinados de loscrudos y especialmente instalando hornoscon entradas y salidas separadas. Todo ellopermitió la descarga de los productos coci-nados en áreas separadas y limpias.

Descripción de Leuconostocgasicomitatum

Las modernas líneas de producción permi-ten una buena separación de los alimen-tos cocinados de los crudos y ello ha per-mitido a los fabricantes alcanzar una vidacomercial mejor que la posible en los años80. Pero no por eso desaparece la necesi-dad de futuras investigaciones. En lugarde los productos cárnicos cocinados, hoydía estudiamos los crudos. Se detectaronnuevos problemas con el desarrollo denuevos productos como las carnes mari-nadas. A finales de los años 90 encontra-mos un rápido deterioro con producciónde gas en carne de ave marinada y enva-sada en MA (12). El producto se deterio-ró en menos de una semana aunque suvida comercial eran dos semanas. Carac-terizando la microbiota de los alimentosalterados, nos sorprendimos al encontrarque en la población deteriorante predomi-naban dos nuevas especies de LAB conpropiedades metabólicas muy diferentes.Leuconostoc gasicomitatum fue descritaen el año 2000 (12) y Lactobacillus oligo-fermentans en el año 2005 (13). L. gasi-comitatum utiliza con efectividad muchasfuentes de carbono mientras que L. oligo-

fermentans prefiere xilosa y arabinosa a laglucosa.

Leucosnostoc carnosum y Leuconostocgelidum han estado asociados con el dete-rioro de alimentos desde el año 2000 (14).En el verano de 1997 ocurrió una extrañaalteración de tiras de pollo crudas, mari-nadas en tomate y envasadas en MA. Estealimento se fabricaba a gran escala en unamoderna planta de procesado. Normal-mente, durante 10 días a 6 ºC, que sehabía establecido como vida comercial, semantenía una buena calidad del produc-to. Durante un periodo de problemas enla fabricación, muchos envases comenza-ron a hincharse a los cinco días de enva-sado. Antes de la caducidad, los envasesestaban muy hinchados. El fabricante rea-lizó análisis microbiológicos que cubríanlos principales grupos de bacterias pató-genas, deteriorantes y levaduras. El únicohallazgo significativo fue un gran núme-ro, hasta 1010 UFC/g de LAB en el produc-to. La población LAB fue caracterizada ini-cialmente mediante análisis numéricobasado en el uso de una base de datos depolimorfismo de la longitud de fragmen-tos de restricción (en inglés, RFLP) de losgenes ARNr 16+23S. El resultado fue lacaracterización de un conjunto amplio demicroorganismos aislados. La caracteriza-ción de los microorganismos se llevó acabo por fenotipado clásico, análisis depared celular y proteínas celulares juntocon caracterización genotípica, análisis defragmentos de restricción, secuenciacióndel ADNr 16S y determinación de homo-logías ADN-ADN. Sobre la base de estosresultados, la especie dominante en lapoblación se consideró una nueva espe-cie, para la que se propuso el nombre deLeuconostoc gasicomitatum (12).

Leuconostoc gasicomitatumcomo un organismodeteriorante específico

Siguiendo la descripción de las especies, L.gasicomitatum, primero fue consideradoun organismo deteriorante específico detiras de carne aviar marinadas. Este hallaz-go fue confirmado por Susiluoto y colabo-radores (15). L. gasicomitatum fue identi-ficado en lotes de tiras de pollo marinadasy envasadas MA, procedentes de variosfabricantes. Sin embargo, L. gasicomita-tum fue detectado también en una con-serva de arenque báltico (Culpea haeren-gus membras) en vinagre, deterioradadespués de unas cuantas semanas de con-servación a 0-6 ºC (16). El deterioro semanifestaba por la formación de gas y unalimosidad espesa que afectaba a varioslotes producidos. El análisis microbiológi-co del producto deteriorado mostró altosrecuentos de bacterias LAB, entre 4,5.108

y 2,4.109 UFC/g. En este caso, se conside-ró que las rodajas de zanahoria usadaspara marinar el pescado fueron probable-mente el origen de la contaminación porestos organismos. Recientemente enFinlandia (17), algunos productos prepara-dos a base de filetes de buey inyectadosresultaron inusualmente susceptibles aldeterioro microbiológico y sensorial duran-te su vida comercial. El deterioro se carac-terizaba por una decoloración verde y malolor como a mantequilla. Las bacterias LABprevalentes detectadas a niveles superio-res a 108 UFC/g fueron Lactobacillus algi-dus, Lactobacillus sakei y Carnobacteriumdivergens. La capacidad de estas bacteriaspara deteriorar los filetes inyectados fueestudiada en un experimento de inocula-ción realizado con cepas LAB y mezclas decepas procedentes de los productos dete-

Leuconostoc gasicomitatum, un organismo deteriorante específico

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riorados. El estudio demostró el potencialde las cepas aisladas de Leuconostoc gasi-comitatum y Leuconostoc gelidum paradeteriorar este tipo de alimentos. Las dosespecies produjeron decoloración verde ymal olor tipo mantequilla similares a losdetectados en los productos comercialescon problemas.

Después de establecer el papel de L. gasi-comitatum en productos cárnicos y de pes-cado, fue detectado en salchichas vege-tales envasadas al vacío (18). Se estudióeste problema de deterioro, caracterizadopor la formación de gas y limosidad, quelimitaba la vida comercial del producto. Elestudio reveló que Leuconostoc gelidum,Leuconostoc gasicomitatum y Leuconos-toc mesenteroides eran las bacterias LABdominantes en las salchichas vegetales de-terioradas. Ya en el estudio sobre el de-terioro de arenques (16), L. gasicomitatumdemostró crecer bien sobre rodajas dezanahoria. Por tanto, no era sorprendenteque tuviera buen crecimiento sobre estetipo de salchicha vegetal.

Estudios de contaminaciónpor LAB basados entécnicas molecularesLa contaminación de instalaciones de pro-cesado cárnico con LAB psicotrofas ha sidoestudiada mediante técnicas moleculares.Los orígenes y puntos de colonización deL. sakei, productor de limosidad, fueronidentificados en las salas de corte y enva-sado de productos cárnicos cocidos (19).Este estudio se diseñó para distinguir lacepa productora de limosidad de otras LABy especialmente del cultivo iniciador de L.sakei usado por el fabricante. Un estudiomás detallado y amplio (7) fue llevado a

cabo en una planta de jamón cocido yenvasado al vacío, contaminada por L. car-nosum (6). Se descubrió que el jamón coci-do se contaminaba antes de ser lonchea-do y envasado. El vector de transmisión fueel aire, especialmente durante el manejode los moldes de cocción. En estos estu-dios se utilizaron técnicas de ribotipado yelectroforesis de campo pulsado.

Cuando L. gasicomitatum fue detectadoen carne de pollo, se sospechó que perte-necía a la microbiota normal de estamatriz. Vihavainen y colaboradores (20)cultivaron piel y mucosa de aves en mediosde crecimiento LAB y Leuconostoc paraidentificar las especies existentes. L. gasi-comitatum no fue detectada en ningunamuestra de aves recién sacrificadas. Sinembargo, fue detectado, junto con otrasbacterias LAB deterioradoras importantes,en muestras de aire de la planta de proce-sado. Consideramos que L. gasicomitatumy muchas otras LAB deteriorantes psicro-trofas son contaminantes ambientales quellegan a las plantas de procesado por diver-sos caminos. Los animales de sangrecaliente no son fuentes importantes deestas bacterias psicrotrofas.

El genoma de L.gasicomitatum LMG18811T

Hoy día L. gasicomitatum es nuestro orga-nismo modelo en estudios de deterioro dealimentos. Hemos secuenciado su geno-ma completo y actualmente estamosinvestigando su potencial como orga-nismo deteriorante y sus interacciones conotras bacterias. El genoma completo de L.gasicomitatum LMG1881T está formadopor 1.954.080 nucleótidos y fue secuen-ciado con un factor de repetición de 8,5


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usando el método de secuenciación deSanger y librerías basadas en cósmidos yfásmidos. El contenido promedio en G-Ces 36,67%. La cepa tiene cuatro operonespara ARNr y 67 genes ARNt, cubriendotodos los aminoácidos. Usando los progra-mas de predicción Glimmer y EasyGene1.2se detectaron 1.913 posibles genes co-dificadores de proteínas. La figura 1 mues-tra la clasificación COG (Grupos Ortó-logos) de los genes. Se encuentran dos

profagos y entre 5-10 transposones. Lacepa LMG18811T no tiene plásmidos.

La figura 2 muestra los factores que faci-litan que un alimento sea deteriorado porL. gasicomitatum. Hemos demostrado có-mo sus rutas metabólicas están asociadascon diferentes fenómenos de deterioro.Este hallazgo y la secuencia del genomaserán publicados durante el año 2009.Ahora es el momento de estudiar los fac-tores asociados con el rápido crecimiento


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Figura 1. Clusters de los grupos ortólogos de proteínas de Leuconostoc gasicomitatum 18811T.

Figura 2. Marcados en rojo se muestran los factores asociados a la detección de Leuconostoc gasicomitatum.

El genoma de Leuconostoc gasicomitatum 18811T

y competitividad de esta especie en cir-cunstancias diversas. Hemos preparadoherramientas de sobreexpresión y destruc-ción de genes para L. gasicomitatum yotras LAB deteriorantes. Estas herramien-tas serán usadas en el análisis del transcrip-toma de L. gasicomitatum. Nuestra inten-ción es comprender cómo está regulada laexpresión génica en el L. gasicomitatum yqué papel juegan las interacciones bacte-rianas en el desarrollo de las poblacionesdeteriorantes psicrotrofas y en el deterio-ro de los alimentos.

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IntroducciónEn los últimos 10 años, el enfoque paraestudiar la biodiversidad microbiana hacambiado dramáticamente. Con el avan-ce de la biología molecular y la invenciónde la Reacción en Cadena de la Polime-rasa (PCR), se han desarrollado una nue-va gama de técnicas que contribuyen alconocimiento de la complejidad micro-biana en los ecosistemas naturales. Comoconsecuencia, las técnicas microbiológi-cas tradicionales, basadas en el cultivo enplaca, el aislamiento y la identificaciónbioquímica, se han visto reforzados pornuevos métodos basados en el análisis delos ácidos nucleicos útiles para la detec-ción, identificación y caracterización delos microorganismos. En este contexto,varios grupos de investigadores en ali-mentos comenzaron a aplicar métodosmoleculares para el estudio de la ecologíamicrobiana durante fermentaciones ali-mentarias, así como para seguir los cam-bios de la microflora durante el deterioromicrobiano de los alimentos. Este capítu-lo trata sobre los métodos molecularesusados hasta el momento para identificar,caracterizar y describir la diversidad mi-crobiana.

Enfoques usados paraestudiar la diversidadmicrobianaLa comunidad científica reconoce que eluso de métodos basados en el cultivo demicroorganismos (técnicas dependientesde cultivo, TDC) no describe apropiada-mente la diversidad microbiana presenteen un ecosistema específico (1). De he-cho, poblaciones numéricamente limita-das, microorganismos estresados o en unestado subletal no pueden ser recupera-dos y por lo tanto no son tenidos encuenta. Además, células no viables perocultivables (VNC), que no son capaces deformar colonias sobre placas de agarpero que tienen actividad metabólica, noson detectables por las TDC. Los méto-dos que no dependen del cultivo (técni-cas independientes del cultivo, en ade-lante TIC) han atraído la atención de mu-chos científicos de diferentes campos dela investigación, que van desde el medio-ambiente a la microbiología de los alimen-tos. Generalmente se basan en el análisisdel ADN y ARN extraídos directamente deuna muestra sin ningún tipo de cultivo.Los ácidos nucleicos son posteriormenteamplificados mediante PCR y sometidosbien a técnicas de clonación y secuencia-

Nuevos enfoques en la definición y descripción de poblaciones microbianasdeteriorantes de alimentos: los métodos moleculares directos aplicados a nivel de ADN y ARNDr. Luca S. Cocolin y Dra. Kalliopi Rantsiou


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ción o bien a técnicas descriptivas talescomo electroforesis en gel con gradientede desnaturalización (DGGE), electrofore-sis en gel con gradiente de temperatura(TGGE) y polimorfismo de conformaciónde cadena sencilla (SSCP). Más aún, en losúltimos años la posibilidad de cuantificardirectamente en las muestras poblacionesespecíficas por PCR cuantitativa (qPCR),ha permitido un mejor conocimiento delcomportamiento de los microorganismosen las matrices alimentarias. La hibrida-ción in situ con fluorescencia (FISH) es unenfoque alternativo, también indepen-diente de cultivo y no basado en la ex-tracción de ácidos nucleicos procedentesde la matriz de la muestra. En este casono sólo es posible identificar los microor-

ganismos usando sondas específicas sinoque también es posible ubicarlos espacial-mente en la muestra investigada. En lafigura 1 se muestran los métodos de-pendientes y no dependientes de cultivo.Además, el desarrollo extensivo de losmétodos moleculares ha hecho posible lacreación de nuevas herramientas que po-drían ser usadas para la caracterizaciónmolecular de cepas aisladas mediante cul-tivo. La amplificación aleatoria de ADNpolimórfico (RAPD)-PCR, de elementos re-petitivos del ADN bacteriano (Rep)-PCR, ola amplificación de secuencias ERIC (se-cuencias consenso comunes a varios gé-neros de Enterobacterias) mediante PCRson prácticas comunes en casi todos loslaboratorios que estudian la ecología y

Figura 1. Métodos dependientes e independientes de cultivo usados para estudiar la ecología microbiana dealimentos [adaptada de (3)].

Mét

od

os

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e cultivo

Muestra de alimento

Bacterias sin cultivar

Análisis FISH

Extracción deADN y ARN

AmplificaciónPCR y RT-PCR

Caracterizaciónfenotípica

Caracterizaciónmolecular

Métodos nobasados enPCR PFGE

Métodos basados en PCR RAPD,

Rep, Sau-PCR

PCRcuantitativo

Clonación ysecuenciación

por comparacióncon una librería

de clones

Perfil DGGE, TGGE,

SSCP

Cultivo bacteriano

Aislamiento

Identificaciónmolecular

Datos sobre diversidad bacteriana,actividad, ecología y filogenia

diversidad bacteriana. Hoy en día es am-pliamente aceptado que son necesariosvarios métodos complementarios para laidentificación y caracterización de espe-cies bacterianas en ecosistemas específi-cos. Esta combinación se define como en-foque polifásico (2).

Técnicas independientes de cultivo

Como se ha mencionado anteriormente,los métodos independientes de cultivopueden describir las poblaciones micro-bianas en ecosistemas microbianos com-plejos, sin necesidad de cultivo. La estra-tegia en la que se basan estos métodos esel análisis de los ácidos nucleicos extraídosdirectamente de la matriz. Una vez queestán disponibles, el ADN y ARN puedenser sometidos a varios análisis precedidoso no por una etapa de amplificación porPCR. Los métodos independientes de cul-tivo se han aplicado extensamente parael seguimiento de fermentaciones ali-mentarias, pero también para definir po-blaciones microbianas durante los proce-sos de deterioro de los alimentos. La téc-nica más utilizada para este propósito esla DGGE. Como se dijo anteriormente, es-te método es capaz de diferenciar molé-culas de ADN según su comportamientoen condiciones de desnaturalización.Cuando el método se usa para la descrip-ción microbiana, la PCR se ejecuta con ini-ciadores universales capaces de amplificartodos los microorganismos presentes enla muestra. Tras este paso, se obtiene unamezcla compleja de moléculas de ADNque puede ser diferenciada y caracteriza-da por separación en geles con gradientede desnaturalización. Cada banda indivi-

dual visible en los geles D/TGGE repre-senta un componente de la microbiota.Cuantas más bandas sean visibles máscomplejo es el ecosistema. A través deluso de estos métodos es posible, no sólola descripción de las poblaciones micro-bianas, sino también seguir en el tiemposus dinámicas. Sin embargo, estos méto-dos no son cuantitativos. El análisis porDGGE se ha aplicado varias veces en elestudio de fermentaciones alimentarias(4, 5) así como durante el deterioro de lacarne y productos cárnicos (6, 7).

Otro método independiente de cultivoconsiste en amplificar por PCR el ADNextraído de la muestra pero usando inicia-dores específicos para una especie. Esteenfoque se ha utilizado hasta el momentopara la identificación de bacterias ácido-lácticas (LAB) y estafilococos coagulasa-negativos (CNC) en embutidos españolesfermentados (8) y también para identificarmicroorganismos deteriorantes. De hecho,se ha desarrollado un ensayo por PCRmúltiple utilizando varios iniciadores espe-cíficos de especie para la identificación ydiferenciación simultánea de Pseudomo-nas fragi, P. lundensis y P. putida y basadoen la coamplificación de diferentes partesdel gen de la subunidad pequeña de lacarbamil fosfato sintetasa (carA).

La PCR carA múltiple se usó para detectarla presencia de estas tres Pseudomonas enmuestras de cordero, cerdo y pollo pro-bando ser efectiva para mostrar la evolu-ción de estos organismos durante el alma-cenamiento de la carne (9). Además, conlas últimas mejoras tecnológicas que per-miten a la PCR convertirse en un métodocuantitativo, se puede conseguir la enu-meración directa de importantes especiestecnológicas y alterantes (deteriorantes).

Nuevos enfoques en la definición y descripción de poblaciones microbianas deteriorantes…

37

Esta posibilidad fue descrita por primeravez por Martin et al (10), quien optimizóun protocolo cuantitativo PCR (qPCR) parala detección rápida de Lactobacillus sakeien embutidos fermentados.

Por último, la técnica de fluorescencia conhibridación in situ (FISH) es una TIC pro-metedora que, desafortunadamente, noha sido nunca explotada eficientementepara el estudio de la diversidad microbia-na durante el deterioro de los alimentos.Esta técnica usa una serie de sondas espe-cíficas para localizar diferentes microorga-nismos directamente en la muestra. Lassondas están marcadas con diferentesfluoróforos, permitiendo por lo tanto ladetección de varias especies simul-táneamente. Ya que las sondas son dise-ñadas generalmente para el ARN riboso-mal, la técnica FISH sólo detecta célulasvivas (11). Una de las características másfascinantes de la técnica FISH es la posibi-

lidad de localizar los microorganismosdirectamente en la matriz del alimento.Sin embargo, esta característica ha sidoexplotada sólo en productos lácteos (12).También ha sido usada recientementepara describir poblaciones microbianas endiferentes alimentos de origen cárnico ylácteo (13). Como se muestra en la figura2, la técnica FISH puede ser usada deforma fiable para monitorizar el procesode deterioro de los alimentos.

Electroforesis en gel con gradiente de desnaturalizaciónEn años recientes se ha reforzado el estu-dio de la ecología microbiana en los eco-sistemas alimentarios gracias a la intro-ducción en este campo de los métodosdirectos independientes de cultivo. Estosmétodos están basados en la extracción


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Figura 2. Aplicación de la técnica FISH para seguir el deterioro microbiológico de carne picada después de 2(panel A) y 11 (panel B) días de almacenamiento a 4 ºC. Cortesía de Vermicon AG. Alemania.

A B

A: contraste de fases. B: campo microscópico idénticodespués de análisis FISH con unasonda específica para todas lasbacterias.

A: contraste de fases. B: campo microscópico idénticodespués de análisis FISH con unasonda específica para todas lasbacterias.

C: campo microscópico idénticodespués de análisis FISH con unasonda específica para bacteriasLGC (Gram-con bajo contenidode G+C).

D: campo microscópico idénticodespués de tinción DAPI, siendovisibles todas las células viables ymuertas.

C: campo microscópico idénticodespués de análisis FISH con unasonda específica paraPseudomonadaceae.

D: campo microscópico idénticodespués de tinción DAPI, siendovisibles todas las células viables ymuertas.

de los ácidos nucleicos totales de unamuestra dada y la descripción de los gru-pos de microorganismos presentes en losalimentos (con identificación de susmiembros individuales), de acuerdo consus secuencias de ADN y/o ARN.

El análisis de los ácidos nucleicos puedeser llevado a cabo por hibridación consondas específicas, por PCR especie-específica o universal, separación de lascadenas según su secuencia e identifica-ción de los productos de PCR. La desven-taja de la PCR especie-específica es quehay un límite para el número de especiesque pueden ser detectadas/identificadasen una muestra. Además, hay que saberqué microorganismos se han de buscaren la muestra. Alternativamente, con eluso de iniciadores universales teórica-mente todas las especies de los grandesgrupos son amplificados. Posteriormente,se efectúa por D/TGGE la separación eidentificación de las especies según lassecuencias. La D/TGGE fue desarrolladaen principio para el estudio de la ecologíamicrobiana en muestras ambientales (14)pero pronto encontró aplicación en lamicrobiología de los alimentos (15).

Las principales ventajas de las técnicas di-rectas son: (i) no tiene lugar el cultivo ypor lo tanto no tiene lugar el sesgo aso-ciado al uso de medios microbiológicosconvencionales para la enumeración y ais-lamiento, (ii) comparado con el enfoqueconvencional usado hasta el momento enmicrobiología, que está basado en el ais-lamiento de cepas de la matriz de alimen-to y sus identificaciones por test fisiológi-cos/fenotípicos o por métodos molecula-res, las técnicas directas requieren menosesfuerzo y tiempo, (iii) permiten una des-cripción paralela de las poblaciones de

diferentes grupos microbiológicos. Sin em-bargo, estas técnicas requieren personalespecializado y equipo relativamente cos-toso. Además, se ha determinado que ellímite de detección para el más común delos métodos directos usados, la D/TGGE,está en torno a 103-104 unidades forma-doras de colonias UFC/g o mL (4). En con-secuencia, grupos microbianos presentes yactivos pero cuya población es menor de103-104 unidades formadoras de coloniasUFC/g o mL no son detectados.

La aplicación de la PCR-DGGE sobre elARN extraído directamente de la matriz ysometido posteriormente a transcripcióninversa nos permite una mejor e intere-sante contribución al conocimiento de laecología microbiana de los alimentos. ElADN puede persistir en un entorno dado,algunas veces por largos periodos des-pués de que el microorganismo ha muer-to. En contraste, el ARN se degrada rápi-damente después de la muerte celular yen consecuencia, la aplicación de la RT-PCR-DGGE proporciona una huella (operfil) de poblaciones vivas y metabólica-mente activas. Cuando la RT-PCR-DGGEse ha aplicado a productos cárnicos losresultados son comparables con los obte-nidos por PCR-DGGE (4), aunque en cier-tos casos los perfiles RT-PCR-DGGE sonmás ricos (16).

Estas técnicas han sido empleadas satis-factoriamente en el estudio de la micro-flora de los alimentos. En la figura 3 semuestra un esquema analítico posible.

Cómo diseñar iniciadores PCR-DGGE

Cuando se aplica PCR-DGGE para estu-diar poblaciones microbianas complejas,


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como por ejemplo las presentes en mues-tras de alimentos, un parámetro impor-tante, que influenciará los resultados ob-tenidos, es la elección del gen diana aamplificar previamente a la DGGE.

El gen diana ha de tener dos característi-cas básicas: (i) debería estar presente entodos los miembros del grupo microbianoque estamos considerando, (ii) deberíatener regiones conservadas, sobre las quepuedan ser diseñados los iniciadores uni-versales y tener regiones variables, sobrelas cuales sea posible efectuar la separa-ción. Además, si el ARN va a ser analiza-do, el gen debería ser caracterizado comode expresión constitutiva. Los genes quecumplen con estos requerimientos sonaquellos que están involucrados en fun-

ciones universales e importantes de lacélula. Habitualmente los genes que codi-fican el ARNr caen dentro de esta catego-ría. En las bacterias se han utilizado variasregiones del gen que codifica el ARNr 16S,mientras que en levaduras el gen quecodifica ARNr 26S es la diana habitual.

Una ventaja importante de los genes quecodifican para ARNr 16S y 26S es elhecho de existir, para ambos genes, unabase de datos con las secuencias de ungran número de especies representativas.Esto es importante ya que permite laidentificación de las bandas DGGE porsecuenciación y comparación con la basede datos. Un inconveniente asociado conel uso de genes que codifican ARNr es lainherente heterogeneidad de secuencias


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Figura 3. Esquema que muestra el enfoque experimental utilizado para el estudio de la ecología microbianade los alimentos usando métodos independientes de cultivo [adaptado de (3)].

Muestra de alimento

Homogeneización según los métodos microbiológicos convencionales

Extracción de los ácidos nucleicos de una alícuota de la muestra homogeneizada

Identificación basada en amplificación. El nivel de identificación depende de loscebadores (por ejemplo, con cebadores

específicos para especies)

Análisis de productos PCR con un méto-do que permite diferenciación basada enel origen del ácido nucleico (por ejemploen DGGE basado en el punto de fusión)

Análisis “cluster” de varios perfiles DGGEpara reconocer similitudes/diferencias en

la ecología microbiana global

Amplificación de los ácidos nucleicos

Cebadores específicos Cebadores universales

Identificación de todos los constituyentesde la población microbiana

por secuenciación

dentro de la misma especie, resultado demúltiples copias con pequeñas diferen-cias en la secuencia (polimorfismo). Lascopias múltiples originan a menudo mul-tibandas en los perfiles DGGE que com-plican el análisis.

Se ha propuesto un gen alternativo parausar en la PCR-DGGE. Se trata del genrpoB que codifica para la subunidad β‚ dela ARN polimerasa, presente habitualmen-te en una copia simple por genoma. Lalimitación para usar el gen rpoB es el esca-so número de secuencias disponibles enlas bases de datos, que impide la identifi-cación de las bandas DGGE desconocidas.

La calidad de la información producidapor PCR-DGGE depende del número yresolución de los fragmentos amplifica-dos (amplicones) en los geles de gradien-te de desnaturalización (17). En la elabo-ración de la huella genética de las comu-nidades microbianas de un producto ali-mentario, es importante que el métodopermita la diferenciación de las especiesindividuales asociadas con un alimentoespecífico. Por esta razón, los iniciadoresusados y las condiciones empleadas en laPCR-DGGE necesitan ser cuidadosamen-te consideradas, y si es necesario optimi-zadas, previamente a su aplicación enmuestras reales de alimento (4, 17).

PCR y PCR cuantitativaAl final de los años 80 se inventó laReacción en Cadena de la Polimerasa (eninglés, PCR), abriendo de este modo unanueva área en el análisis microbiológico,especialmente en la detección de patóge-nos. La filosofía de los métodos molecula-res ya no es el cultivo, sino el análisisdirecto de los ácidos nucleicos. De esta

manera el ADN y/o el ARN total, sonextraídos de la muestra y posteriormentesometidos a un método de análisis en elcual es buscada y amplificada una dianadeterminada, a menudo específica para elmicroorganismo investigado. Los méto-dos basados en la PCR son típicamenteindependientes de cultivo, ya que los áci-dos nucleicos se aíslan sin cultivo alguno.Si antes de la extracción del ADN, o delARN, se hace una etapa de enriqueci-miento, el método ya no puede ser consi-derado independiente de cultivo. Enri-quecer la muestra es una práctica comúnen los análisis microbiológicos, incluyendolos exámenes de alimentos, tambiéncuando se usan los métodos de PCR co-mo sistemas de detección. Permite incre-mentar las concentraciones de las espe-cies diana y, en el caso de sistemas ali-mentarios, ayuda a diluir los compuestosque se encuentran en las muestras y queinhiben la actividad de la ADN polimera-sa, la enzima responsable de la síntesis demoléculas de ADN durante la PCR.

La aplicación en microbiología de los ali-mentos de los métodos basados en PCRpermite el desarrollo de protocolos másrápidos, sensibles y específicos que losmétodos microbiológicos tradicionalesusados para la detección e identificaciónde los microorganismos relacionados conlos alimentos. Normalmente el resultadode presencia o ausencia de una bacteriaespecífica se obtiene tras 3 ó 4 horas, ocomo máximo 24-36 horas, si se ha lleva-do a cabo una etapa de enriquecimiento.

Los protocolos tradicionales de PCR,donde los productos de amplificación sedetectan con gel de electroforesis, tienenla gran desventaja de ser exclusivamente


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cualitativos. Si se lleva a cabo un análisisdensitométrico usando una curva de cali-bración obtenida a partir de cantidadesconocidas de ADN es posible una semi-cuantificación. Sin embargo, este tipo deaproximación no puede ser aplicado, porejemplo, para la cuantificación de la con-centración de un microorganismo especí-fico presente en una muestra de alimen-to. Esto es así porque la detección de laseñal en la PCR “convencional” ocurre alfinal del ciclo de amplificación, cuando lareacción alcanza una meseta (figura 4).Por esta razón, la cuantificación basadaen la densitometría no es capaz de discri-minar entre 103 y 105 células por mililitroo por gramo.

La PCR ha llegado a ser un método cuan-titativo gracias a diversos avances tecno-lógicos. A finales de los 90 se diseñaronequipos capaces de detectar los produc-tos PCR mientras se estaban produciendoy amplificando, lo que hizo posible el a-nálisis cuantitativo de los productos de

PCR. Esta técnica llamada PCR cuantitati-va (en inglés, qPCR) o PCR en tiempo real(en inglés, Rt PCR) revolucionó el enfoquemolecular en la microbiología de los ali-mentos. No sólo es posible cuantificar unmicroorganismo específico en alimentos,sino que también es posible estudiar sucomportamiento ante los cambios me-dioambientales (por ejemplo composicióndel alimento, temperatura, pH, oxígeno,etc.).

Conclusiones

Actualmente estamos experimentandoimportantes avances en el análisis micro-biológico de los alimentos, gracias a ladisponibilidad de técnicas que, nuncacomo ahora, facilitan información signifi-cativa respecto a la ecología y seguridadde los productos alimenticios. La inven-ción de la PCR, inicialmente caracterizadapor su extrema rapidez en comparacióncon los métodos microbiológicos tradi-


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Figura 4. Monitorización de los productos de amplificación por PCR convencional y PCR.

Detección con PCR

Ciclo de amplificación

Detección con PCR “convencional”

Can

tid

ad d

e A

DN

cionales, pero no adecuada para el re-cuento de células de patógenos, hoy esuna técnica cuantitativa debido a la posi-bilidad de monitorizar, en tiempo real, laamplificación del producto de la PCR.

Tanto los ensayos basados en ARN comoen ADN ofrecen versatilidad en la reduc-ción de la incidencia de falsos negativosen las aplicaciones de aseguramiento dela calidad, sensibilidad en el procesadode matrices alimentarias heterogéneas,especificidad en diferenciar cepas bacte-rianas emparentadas estrechamente, yvelocidad, como en el caso de muchasde las técnicas químicas de fluorescenciaen tiempo real que hay actualmente enel mercado. Aunque algunas de las tec-nologías basadas en los ácidos nucleicosno es probable que reemplacen comple-tamente a los métodos de cultivo con-vencional, bioquímicos o inmunológicos,la mayoría de ellas ofrecen un potencialde alto rendimiento y fiabilidad, ventajasque compensan el coste del equipamien-to inicial necesario y su posterior mante-nimiento o el coste de los reactivos. Eldiagnóstico molecular también ofreceuna herramienta fiable para el muestreoinicial, por lo que seguir usando méto-dos convencionales es necesario sólo sila muestra es positiva para el microorga-nismo de interés.

Con frecuencia, cuando ambos métodos,cultivo independiente y cultivo depen-diente, son aplicados en paralelo, se ob-tiene información interesante. Desde laexperiencia ganada hasta ahora en estecampo, podemos concluir que las dospropuestas se complementan y que suuso resalta importantes aspectos que po-drían pasar desapercibidos.

Indiscutiblemente, el principal avance delos métodos directos es que el cultivomismo con sus limitaciones inherentes(organismos no cultivables por lesiones oestrés, o por pobre selectividad de losmedios) puede ser evitado. Además, porprimera vez, somos capaces de ver in situqué microorganismos son metabólica-mente activos y obtener información re-ferente a la importancia relativa de losdiferentes grupos microbianos en el pro-ceso de transformación.

La posibilidad de usar técnicas molecula-res capaces de diferenciar cepas dentrode la misma especie ayudará a entenderla diversidad intraespecie de la microbio-ta involucrada en la fermentación y dete-rioro de los alimentos. Por ejemplo, dife-rentes cepas de la misma especie puedenestar tan implicadas en el desarrollo deperfiles sensoriales específicos, como losdiferentes ingredientes y los procesos tec-nológicos usados durante la producción.Para nosotros esto es un aspecto impor-tante a considerar en nuestra compren-sión de la ecología microbiana y necesitaser investigado aun más. Definir y com-prender las dinámicas microbianas deter-minadas por la sucesión de especies, y laecología microbiana, determinada por in-teracciones entre especies, es crucial, yaque estos son los parámetros que ten-drán un gran impacto en las característi-cas organolépticas y sensoriales del pro-ducto final así como en el conocimientodel proceso de deterioro de un alimento.

Agradecimientos

Parte de los resultados incluidos en estecapítulo fueron obtenidos dentro del pro-yecto de la UE llamado “PATHOGEN


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COMBAT: control y prevención a nivelcelular y molecular de futuros patógenosemergentes a través de toda la cadenaalimenticia” patrocinado por la comisiónEuropea dentro del Sexto ProgramaMarco, contrato nº 007081. Agradece-mos a Claudia Beimfohr de VermiconAG, Alemania, por las fotos por FISH.

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IntroducciónEste capítulo presta especial atención a laaplicación de métodos combinados deconservación, desarrollados en diferentesexperiencias realizadas en el Área de Tec-nología de los Alimentos de la Univer-sidad de Burgos, con la finalidad de mos-trar al lector el enorme abanico de posi-bilidades que existe dentro del uso deestos métodos combinados y los diferen-tes resultados que se obtienen depen-diendo de la opción elegida y de la finali-dad del estudio, así como del tipo de pro-ducto en que se estén aplicando.

La conservación de los alimentos es fun-damental y consiste en todas aquellasacciones realizadas para obtener produc-tos más seguros y con mayor vida útil, deforma que mantengan en grado acepta-ble su calidad higiénica, nutricional, sen-sorial y tecnológica. Por lo tanto, median-te la conservación de los alimentos seconsigue hacer frente a las alteracionesde los mismos, ya sean de tipo mecánico,como golpes y lesiones, físicas, como fluc-tuaciones de temperaturas y de hume-dad, químicas, debido a pardeamientos yoxidaciones y, por último, biológicas cau-sadas por enzimas, microorganismos, áca-ros e insectos.

Existen diversas clasificaciones de losmétodos de conservación de los alimen-tos, la que se describe a continuación sedivide en tres grupos en función de lafinalidad de cada uno de estos métodos:eliminación, inhibición y, por último, inac-tivación o destrucción.

El primero de ellos, la eliminación, consis-te en retirar los microorganismos o susenzimas de los alimentos. Son de muypoca aplicación, ya que sólo se puedenutilizar en alimentos líquidos. Algunas delas técnicas utilizadas son la centrifuga-ción, decantación y filtración.

Por otro lado, la inhibición consiste enimpedir el desarrollo de los microorganis-mos que se encuentran en los alimentos,alejando los distintos factores que inter-vienen en el mismo de los valores ópti-mos para su crecimiento, como por ejem-plo mediante del control de la tempera-tura (refrigeración o congelación), de laactividad de agua (deshidratación, liofili-zación o adición de solutos), del pH (aci-dificación directa o a través de la fermen-tación), del potencial redox (vacío o at-mósferas modificadas) o bien medianteel uso de sustancias inhibidoras, entremuchas otras acciones. Todas estas accio-nes son muy utilizadas en la actualidad.

Aplicación de métodos combinados de conservación. Experiencias en la Universidad de BurgosDra. Ana M.ª Diez Maté, Dra. Isabel Jaime Moreno y Dr. Jordi RoviraCarballido


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El último de los métodos es el de destruc-ción, el cual consiste en la inactivaciónpermanentemente de todos o algunos delos grupos de microorganismos que seencuentran en los alimentos mediantedistintos sistemas muy utilizados, comoes el caso de los tratamientos térmicos, oa través de las llamadas tecnologíasemergentes como son las radiaciones io-nizantes, altas presiones (HPP), pulsoseléctricos, pulsos luminosos, camposmagnéticos o sustancias bactericidas en-tre otras, las cuales se están utilizando ca-da vez más.

Además es importante evitar la reconta-minación, que consiste en impedir la con-taminación de los alimentos después dela aplicación de diversos métodos de con-servación. Algunas de las técnicas utiliza-das son el uso de envases herméticos,técnicas de envasado, el procesado asép-tico, o a través del almacenamiento hi-giénico. La ventaja que presenta este mé-todo es que no sólo evita la acción de losagentes de alteración de origen biológicosino que también se puede evitar o redu-cir la acción de los agentes de alteraciónde tipo mecánico, físico y químico.

La aplicación de nuevas técnicas de con-servación es necesaria ya que debido alas recientes crisis alimentarias, los consu-midores demandan productos más segu-ros, saludables y de calidad, y ademáspoco procesados y con una aparienciafresca. Con el fin de armonizar esa de-manda sin comprometer la seguridad ali-mentaria de los mismos, es necesario eldesarrollo de nuevas estrategias como elprocesado mínimo y los métodos combi-nados.

El procesado y conservación convencio-nal consiste en la aplicación de una única

técnica de conservación, con condicionesdrásticas, que generalmente determinauna intensa transformación de los ali-mentos, mientras que el procesado míni-mo y los métodos combinados consistenen la aplicación de diversas técnicas oestrategias combinadas, más suaves, queen conjunto consiguen una adecuadaconservación de los alimentos, pero sinmodificarlos intensamente con el fin deobtener alimentos más sanos y nutritivos,utilizar menos aditivos y preservar lascualidades sensoriales de los mismos.

El procesado mínimo se basa en la utiliza-ción de técnicas de procesado que cau-san los mínimos cambios posibles en losatributos de calidad y frescura de los ali-mentos y al mismo tiempo proporcionanal producto gran estabilidad y una vidaútil relativamente prolongada. Las estra-tegias utilizadas son variadas, en muchoscasos se emplean los métodos combina-dos, pero también otras como: mayor hi-giene, empleo de salas blancas, o el usode tecnologías emergentes.

Los métodos combinados consisten en lacombinación de barreras o técnicas (fac-tores inhibidores), insuficientes por sepa-rado para proteger el alimento, que enconjunto pueden llegar a impedir o retra-sar la actuación de los factores de altera-ción, modificando en menor medida lacalidad sensorial y nutritiva del alimentoque los métodos tradicionales de conser-vación. La estabilidad microbiana y laseguridad de la mayoría de los alimentosse basan en una combinación de diversosfactores de conservación (denominadosobstáculos, barreras o vallas), que los mi-croorganismos presentes en los alimen-tos son incapaces de remontar, y que fueintroducido por primera vez por Leistner

(1). El efecto obstáculo es de vital impor-tancia en la conservación de los alimen-tos, ya que en un producto estable losobstáculos controlan la alteración micro-biana, la intoxicación alimentaria así co-mo los beneficios de la fermentación (1,2). Leistner y colaboradores comprendie-ron que el concepto obstáculo solamenteilustra el hecho bien conocido de que lascomplejas interacciones de temperatura,actividad de agua, pH, potencial redox,etc., son de extraordinaria importanciapara la estabilidad microbiana de los ali-mentos. Desde la comprensión del efectoobstáculo se derivó a la denominada tec-nología de obstáculos (3), en la que, utili-zando combinaciones de obstáculos deforma deliberada e inteligente, se puedenconseguir mejoras en la seguridad y cali-dad de los alimentos. Esta tecnología deobstáculos tiene normalmente particularinterés en la elaboración de alimentosmínimamente procesados de los paísesindustrializados mientras que en los paí-ses en vías de desarrollo son de primordialimportancia en la obtención de alimentosque se puedan conservar sin necesidadde refrigeración. Este concepto tambiénse denomina conservación de alimentospor métodos combinados, procesos com-binados, conservación por combinación otécnicas de combinación. La tecnologíade obstáculos asegura la estabilidad yseguridad microbiana de los alimentos asícomo la calidad sensorial de los mismos(4, 5), proporcionando a los consumido-res alimentos frescos y seguros y al mismotiempo resulta económicamente eficazpara el industrial, ya que requieren menosgasto energético durante su producción yalmacenamiento. Aunque hay muchasposibilidades de combinación de los dis-

tintos obstáculos, en la práctica los proce-sos combinados se pueden clasificar endos grupos: los que se basan en la acciónespecífica de distintos métodos de con-servación sobre los microorganismos oenzimas en cuestión, los cuales actúansimultáneamente, como por ejemplo eluso de atmósferas protectoras (MAP) yrefrigeración, o sucesivamente como untratamiento de pasteurización y a conti-nuación la refrigeración del producto; obien, aquellos cuya acción se basa en lapotenciación del efecto de otros métodosobteniéndose así un efecto sinérgicocomo por ejemplo el uso de un trata-miento térmico y HPP, tratamiento térmi-co y radiaciones ionizantes, radiacionesionizantes y HPP… Diversos estudios handemostrado la efectividad del uso com-binado por ejemplo del tratamiento dealtas presiones (HPP) y bacteriocinas enproductos cárnicos (6, 7) o con otras sus-tancias antimicrobianas naturales comolactato-diacetato (8, 9). De acuerdo conRaso y Barbosa-Cánovas (2003) (10), lacombinación de sustancias antimicrobia-nas con HPP, podría aumentar la efectivi-dad de la presurización con las correspon-dientes ventajas en la calidad y seguridaddel producto. Desde que se conocenmejor los fenómenos de homeostasis,agotamiento metabólico y reacciones alestrés de los microorganismos en relacióncon el efecto obstáculo, se ha incremen-tado el conocimiento de los mecanismosfisiológicos del crecimiento, supervivenciay muerte de los microorganismos patóge-nos y alterantes de los alimentos. Los ali-mentos obtenidos mediante tecnologíade obstáculos son más frágiles que losproductos alimenticios tradicionales quecon frecuencia se procesan en exceso y

Aplicación de métodos combinados de conservación. Experiencias en la Universidad de Burgos

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por tanto poseen un gran margen deseguridad. En consecuencia, cuando seutiliza la tecnología de obstáculos demanera intencionada deben definirse ycontrolarse exactamente los procesosaplicados. En un futuro, nuevas aplicacio-nes de la tecnología de obstáculos sedeben desarrollar tanto para optimizar losalimentos tradicionales como los alimen-tos de nuevo diseño (11).

A continuación se explican brevementesiete de las experiencias realizadas en elÁrea de Tecnología de los Alimentos de laUniversidad de Burgos o en colaboracióncon otros centros de investigación, don-de se estudia la aplicación de distintosmétodos combinados y el efecto que tie-nen en los diversos productos evaluados.Comenzaremos con un producto típicode la provincia de Burgos como es lamorcilla, en la que los métodos combina-dos utilizados fueron el envasado al va-cío, conservación a temperaturas de refri-geración junto al uso de ácidos orgáni-cos, altas presiones o una combinaciónde ambas. Otras de las experiencias reali-zadas fueron en productos cárnicos cura-dos como lomo, jamón serrano, salchi-chón y cecina, siendo los métodos com-binados aplicados en estos casos el enva-sado al vacío, la conservación en refrige-ración, el uso de conservantes junto altratamiento con altas presiones de estosproductos. En cordero se empleó el enva-sado en MAP junto a la aplicación decepas productoras de bacteriocinas y al-macenamiento del producto en condicio-nes de refrigeración. Y por último, se ex-plicará una experiencia realizada in vitrofrente a Listeria monocytogenes dondese evaluaba el efecto que tenía frente aeste microorganismo el uso de distintas

combinaciones de pH, Tª y CO2 junto alempleo de dióxido de cloro.

Morcilla de BurgosLa morcilla de Burgos es un producto cár-nico tratado por calor, típico de la provin-cia de Burgos (España), pero existen mul-titud de productos similares elaboradoscon sangre y con distintos ingredientes entodo el mundo. Algunos de ellos son “ca-vourmas” en Grecia (12), “blutwurst” enAlemania (13) o “morcella de Assar” enPortugal, que incluye grasa, sangre y es-pecias y es sometida a un pequeño ahu-mado después del proceso de cocción(14). Otros ejemplos son “black pudding”en Gran Bretaña, “kaszanka” en Polonia,“biroldo” en la bahía de San Francisco(EE.UU.) o “rellena” en México y Colom-bia. También en España tenemos otrostipos de morcillas, de las que se encuen-tran referencias documentadas como lamorcilla de León y la morcilla de Aragón.

El presente estudio se integra dentro de lalínea de investigación del Área de Tec-nología de los Alimentos del Departa-mento de Biotecnología y Ciencia de losAlimentos de la Universidad de Burgos,relacionada con la caracterización y con-servación de alimentos y específicamentede la morcilla de Burgos. Desde la puestaen marcha del Área de Tecnología de losAlimentos en la Universidad de Burgos,uno de los principales objetivos de estegrupo investigador se ha centrado enestudios de caracterización y tipificaciónde este producto con objeto de obteneruna figura europea de protección comoes la Indicación Geográfica Protegida(IGP) y además desarrollar estrategias pa-ra la mejora de la calidad higiénico sanita-


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ria que permitan ampliar el mercadopotencial de este producto. Con esta fina-lidad se quiso comprobar si diferentes tra-tamientos de conservación afectaban a lavida útil y características sensoriales de lamorcilla de Burgos envasada al vacío, paralo cual, en el caso del estudio sobre la vidaútil del producto, se llevaron a cabo aná-lisis de pH y microbiología convencional, yen el caso de la evaluación de las caracte-rísticas sensoriales, se realizaron dos tiposde análisis sensoriales que consistían enuna prueba de diferencias mediante unpanel de consumidores y por otro lado unanálisis cuantitativo del perfil sensorial, através de un panel entrenado.

El primer tratamiento que se estudió fueel uso de distintas sales de ácidos orgáni-cos comerciales (OAS). Las sales deriva-das de ácidos orgánicos comerciales (Pu-rac, Amsterdam, The Netherlands) utiliza-das fueron un 3% de lactato potásico(PL), 3% de una mezcla de lactato sódi-co/lactato potásico (PL+SL) y por últimoun 2,5% de una mezcla de lactato po-tásico/diacetato sódico (PL+SD). El em-pleo de ácidos orgánicos ofrecen las ven-tajas de ser sustancias naturales, quealargan la vida útil e incrementan la segu-ridad microbiana en los productos, aun-que también presentan algunos inconve-nientes como en el caso de sales quecontienen sodio ya que aumentan el con-tenido del mismo, hecho que se puedesolucionar ajustando su concentración enel producto. Con los resultados obteni-dos para este tratamiento, respecto al pHse observó que la mezcla de PL+SD era elúnico que causó un descenso inmediatosignificativo del pH (P < 0,05). El empleode PL+SL destacó por retrasar más que elresto de tratamientos el crecimiento de la

microbiota aerobia mesófila total y bacte-rias ácido-lácticas (BAL). Partiendo derecuentos iniciales por encima de tresunidades logarítmicas, retrasó la apari-ción de recuentos de BAL por encima de7 log UFC/g aproximadamente 14 díasrespecto a las muestras control (15). Es-tos mismos resultados fueron confirma-dos para este mismo tratamiento en unsegundo trabajo realizado (16), por loque fue considerado como el más efecti-vo de los tratamientos estudiados y selec-cionado por ello para posteriores estu-dios. Respecto al resto de microbiotaestudiada, en ninguna de las muestras nitratamiento se detectó Clostridium per-fringens. Como se vio en trabajos previos(17), la principal microbiota que crece eneste tipo de producto sin envasar sonPseudomonas spp, por lo que la utiliza-ción de 2,5% de lactato potásico/diace-tato sódico podría ser el más convenien-te para morcilla de Burgos sin envasar yaque mantenía por debajo del límite dedetección sus recuentos a lo largo detodo el estudio, mientras que el resto desales mostraron un efecto limitado tantofrente a Pseudomonas spp como frente aenterobacterias partiendo de recuentoselevados. Sin embargo, en el segundotrabajo (16) en el que se usó el PL+SL y separtía de recuentos menores para ambosmicrorganismos se observó que el uso deesta sal tenía de nuevo un efecto limita-do frente a Pseudomonas spp, pero mu-cho mayor frente a enterobacterias. Lasdiferencias respecto al primer trabajo (15)se pueden deber a los diferentes recuen-tos de partida.

Como segundo método se estudió elefecto que tenía la aplicación de diversostratamientos de HPP sobre la vida útil del


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producto. Se utilizó un equipo Wave6000/55 (NC Hyperbaric, Burgos, Espa-ña) (este equipo fue utilizado en todoslos experimentos que se describen en elpresente capítulo) y los tratamientos ele-gidos fueron a 300, 500 y 600 MPa du-rante 10 minutos. Las ventajas que pre-senta el uso de esta tecnología es quealarga la vida útil e incrementa la seguri-dad microbiana de los productos, mante-niendo en general las propiedades senso-riales. Con respecto a los resultados depH obtenidos para este tratamiento, seobservó que ninguno de los tratamientosaplicados producía diferencias significati-vas (P < 0,05) en el pH de forma inmedia-ta, aunque la tendencia era encontrar undescenso más lento a medida que se apli-caban tratamientos más intensos. Lasbacterias Gram positivas, como las BAL,se reducían ligeramente, aproximada-mente 1 log UFC/g, después de la aplica-ción de cada uno de los tratamientos deHPP, siendo esta reducción y el retraso enla aparición de recuentos de BAL por en-cima de 7 log UFC/g, mayor a medidaque también eran más intensos los trata-mientos aplicados. En este trabajo se par-tía de recuentos inusualmente elevadosde BAL por encima de 5 log UFC/g, aunasí el aumento de la vida útil que se con-siguió tras la aplicación de HPP fue deaproximadamente siete días a 300 y 500MPa y 14 días con 600 MPa, siendo esteúltimo tratamiento el considerado comoel más eficaz de entre los estudiados enel aumento de la vida útil del producto(15). Este comportamiento fue confirma-do en un segundo y tercer trabajo reali-zados (16, 18), sin embargo, en estos dosúltimos, los recuentos de partida de BALfueron más normales (en torno a 3 log

UFC/g), y consiguiéndose una vida útil delas morcillas tratadas de 36 días. Res-pecto a la influencia de estos tratamien-tos de HPP frente al resto de microorga-nismos evaluados, se observó que todosellos eran efectivos en la reducción de lapoblación de bacterias Gram negativascomo enterobacterias y Pseudomonasspp, manteniéndolas por debajo de suslímites de detección a lo largo de todo elestudio.

Por último, se evaluó si existía un posibleefecto sinérgico sobre el aumento de lavida útil del producto entre los dos trata-mientos seleccionados como más efica-ces. En esta ocasión, el uso combinadode 3% de lactato sódico/lactato potásicoy HPP a 600 MPa durante 10 minutosprodujo un ligero efecto sinérgico, aun-que sin diferencias significativas, ni en elpH ni en los recuentos microbiológicos,respecto al tratamiento con HPP (16).

El segundo objetivo era evaluar comoafectaban estos mismos tratamientos a lascaracterísticas sensoriales del producto.

Respecto a la aplicación de OAS, el panelde consumidores no encontró diferenciassignificativas (P < 0,05) con respecto a lasmuestras control. Para evaluar los pará-metros de deterioro analizados a lo largodel tiempo se utilizó una escala del 1 a 5,siendo 1 ausencia de los mismos y 5 má-xima intensidad, fijándose el valor de 3como límite de rechazo del producto. Seobservó que el tratamiento con PL+SLfue el único que retrasó significativamen-te el momento en el que se superó elvalor límite de 3, fijado como rechazo delproducto, posponiendo con ello el recha-zo del mismo en una semana respecto altratamiento control (15, 16).


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Contrariamente a los resultados obteni-dos con los ácidos orgánicos, el trata-miento realizado con HPP modificaba sig-nificativamente (P < 0,05) al productorespecto a las muestras control. Segúnlos comentarios recogidos por los catado-res, las morcillas tratadas se percibían co-mo pastosas y con un sabor ligeramentediferente, si bien cuando se les pregunta-ba por sus preferencias entre ambasmuestras, los catadores no encontrabandiferencias significativas entre ambas (15,16). En el estudio de los parámetros dedeterioro a lo largo del tiempo de conser-vación en el primer trabajo (15), coinci-diendo con lo obtenido para los resulta-dos microbiológicos, no se observó nin-gún retraso en estos síntomas con el tra-tamiento a 300 MPa pero sí se obteníanmejores puntuaciones a medida que eranmás intensos los tratamientos aplicados,retrasándose significativamente el tiem-po en el que se superaba el valor límitede 3, fijado como rechazo del producto,en una semana con los tratamientos a500 y 600 MPa. En el segundo trabajorealizado (16), en el cual se partía derecuentos microbianos más bajos se en-contraron aún mejores resultados, obser-vándose un retraso de al menos 15 díasen la aparición de los signos de deteriororespecto al tratamiento control. Estosresultados han puesto de nuevo de mani-fiesto la importancia que tiene la con-taminación de partida del producto en laefectividad del tratamiento con altas pre-siones para alargar la vida útil del mismo.

Para finalizar, se evaluó si existía un efec-to sinérgico mediante el uso combinadode ambos tratamientos seleccionados enlas características sensoriales. En el análi-sis de diferencias, de nuevo los consumi-

dores encontraron diferencias en texturay sabor entre muestras tratadas y no tra-tadas, aunque no mostraron preferenciaspor ninguna de ellas. Respecto al perfilde los parámetros de deterioro, la combi-nación de ambos tratamientos mantuvounos valores por debajo del límite derechazo durante más tiempo, siendo almenos de dos semanas respecto a lasmuestras control, de una semana respec-to a las muestras con ácidos orgánicos ycoincidiendo con los resultados obteni-dos para el tratamiento sólo con HPP. Porello, se puede concluir que el uso combi-nado de los tratamientos seleccionadospara HPP y OAS, no supone una mejorasensorial significativa del producto res-pecto a la utilización solamente del trata-miento HPP (16).

Por todo lo explicado anteriormente lasprincipales conclusiones del trabajo fue-ron:

• El uso de OAS y HPP aumenta la vidaútil de la morcilla de Burgos con respec-to a las morcillas control sin tratar.

• Con el uso de un 3% de lactato sódicoy lactato potásico, la vida útil del pro-ducto aumenta hasta los 28 días. En elcaso de las altas presiones a 600 MPadurante 10 minutos, la vida útil aumen-ta hasta los 35 días, respecto a los 15días de vida útil que se observaron enlas muestras control.

• El uso combinado de los tratamientosseleccionados para HPP y OAS, nomejora significativamente la vida útildel producto respecto al uso solamentecon el tratamiento de HPP.

• Sensorialmente, el panel de consumi-dores sólo encontraba diferencias sig-nificativas (P < 0,05) en las muestras


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tratadas con HPP en la textura y elsabor, respecto a las muestras control,aunque estas modificaciones no fueronconsideradas como negativas con res-pecto a las preferencias de los consu-midores, por lo tanto el tratamientocon HPP no modificaba sensoriamenteal producto de un modo negativo.

Lomo curadoEste estudio se encuadra dentro delProyecto Europeo “PathogenCombat”en el que participa el Área de Tecnologíade los Alimentos de la Universidad deBurgos.

La finalidad del estudio consistía en eva-luar el efecto de las altas presiones parainhibir la presencia de L. monocytogenesen lomo curado con el fin de mejorar laseguridad alimentaria del producto y eva-luar si existían modificaciones sensorialesen el color causadas por este tratamiento.

Se analizaron 37 muestras de las cuales22 fueron tratadas con altas presiones a600 MPa durante 10 minutos y 15 mues-tras se utilizaron como controles.

Para este estudio se llevaron a cabo aná-lisis microbiológicos mediante microbio-logía convencional siguiendo las normasISO para la detección de L. monocytoge-nes y de biología molecular mediantePCR a tiempo real utilizando el Kit PCRSureFood PREP Listeria monocytogenes(Congen, Berlín, Alemania) para la detec-ción específica de este microorganismo.Por otro lado, también se evaluó el colordel producto tratado y sin tratar a travésde un colorímetro (SpectrophotometerCM-2600d, Konica Minolta SensingING), donde L* mide la luminosidad delcolor, y va de 0 = negro, a 100 = blanco,

a* se refiere a la gama que va del rojo(valores positivos) al verde (valores nega-tivos), y b* se refiere a la gama que va delamarillo (valores positivos) al azul (valoresnegativos).

Como resultados más importantes sepudo destacar que el porcentaje de au-sencia de esta bacteria pasa del 26,67%en las muestras sin tratar al 68,18% enlas muestras tratadas mediante los análi-sis realizados a través de la microbiologíaconvencional, y del 33,33% al 72,73%,respectivamente, en los análisis realiza-dos con la PCR a tiempo real. Los resulta-dos obtenidos con ambos análisis fueronmuy similares, la única diferencia seencuentra en el tiempo necesario pararealizar los mismos, necesitándose 10días en el caso de la microbiología con-vencional y tan sólo cuatro para PCR atiempo real.

Respecto al análisis del color las muestrastratadas con altas presiones presentaronun color más oscuro, más rojo y másamarillo que las muestras sin tratar conaltas presiones, aunque cuando se llevó acabo el análisis estadístico de los datos seobtuvo que no existían diferencias signifi-cativas respecto al color entre las mues-tras tratadas y no tratadas.

Por lo tanto, las principales conclusionesdel trabajo fueron que el tratamientocon altas presiones a 600 MPa durante10 minutos reduce la probabilidad detener resultados positivos en detecciónde L. monocytogenes en lomo curado,sin modificar el color del producto, porlo que sería un método útil para aumen-tar la seguridad alimentaria del mismo(19).


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Jamón serrano

En esta ocasión se buscaba estudiar laefectividad del tratamiento HPP sobre lapoblación de L. monocytogenes inocula-da en jamón serrano con el fin de mejo-rar la seguridad alimentaria y evaluar silas altas presiones determinaban modifi-caciones sensoriales en el color.

El jamón serrano en lonchas se distribuyóen 64 envases, que se dividieron en cua-tro lotes de 16 envases cada uno, queantes o posteriormente a la inoculaciónse envasaron al vacío. El primero de ellosse utilizó como control, el segundo seinoculó con una concentración en tornoa 103-104 UFC/g de una mezcla de distin-tas cepas de L. monocytogenes (CECT932, 934, 4032, 5366), el tercero fueinoculado del mismo modo y tratado acontinuación a 500 MPa durante tres mi-nutos y el último de los lotes fue inocula-do de igual manera y tratado a 600 MPadurante tres minutos.

Para este estudio se llevaron a cabo análi-sis microbiológicos mediante microbiolo-gía convencional siguiendo las normasISO para el recuento y la detección de L.monocytogenes. Por otro lado, tambiénse evaluó el color del producto tratado ysin tratar a través de un colorímetro(Spectrophotometer CM-2600d, KonicaMinolta Sensing ING).

Entre los resultados obtenidos se ha dedestacar que en ninguna de las muestrascontrol evaluadas se detectó L. monocy-togenes. Los tratamientos con altas pre-siones redujeron los recuentos de L. mo-nocytogenes inoculada inmediatamentedespués del tratamiento, siendo la re-ducción de aproximadamente 1,50 logUFC/g a 500 MPa-3’ y 3,00 log UFC/g a

600 MPa-3’. A pesar de que inicialmen-te el tratamiento a 500 MPa era menosefectivo, después de 10 días de almace-namiento ambos tratamientos presenta-ban los mismos niveles de seguridadmicrobiológica en el producto, no detec-tándose L. monocytogenes en ningunade las muestras. Respecto al color, el tra-tamiento con HPP no causaba diferen-cias significativas respecto a las muestrascontrol, sin embargo lo que se observóes que el parámetro b* evolucionabacon el tiempo hacia valores más bajos,pero estas modificaciones se veían signi-ficativamente ralentizadas (P < 0,05) conlas altas presiones.

Por lo tanto, las principales conclusionesdel trabajo fueron que el tratamiento deHPP a 600 MPa era el más efectivo de losevaluados, siendo capaz de inhibir a L.monocytogenes inoculada en el jamóncurado inmediatamente después de apli-car el tratamiento, manteniendo la segu-ridad del producto debido al efecto sinér-gico de HPP, condiciones de almacena-miento (refrigeración y envasado) y lascaracterísticas del propio producto. Porotro lado, el color no se ve afectado porHPP, y además la aplicación de este trata-miento retrasaba la aparición de cambiosen este parámetro con el tiempo (20).

Otros productos cárnicoscurados. Cecina de León y salchichón

Ambos experimentos son fruto de la cola-boración entre la Estación Tecnológica dela Carne del Instituto Tecnológico Agrariode Castilla y León y el Área de Tecnologíade los Alimentos de la Universidad deBurgos.


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En el caso del experimento realizado encecina de León, se estudió la combina-ción de envasado al vacío, de los conser-vantes habitualmente utilizados en la ela-boración de este producto, el tratamien-to con altas presiones y la conservacióndel mismo bajo condiciones de refrigera-ción.

El tratamiento con altas presiones (500MPa durante cinco minutos) es un méto-do efectivo para retrasar el crecimientode microorganismos alterantes en la ce-cina de León envasada al vacío, es-pecialmente cuando está en lonchas, yademás no se observan cambios senso-riales ni físico-químicos entre las mues-tras tratadas y sin tratar (21). Por lo tanto,se consideró que el tratamiento con altaspresiones utilizado era un método deconservación válido para la cecina deLeón que mejora la conservación del pro-ducto sin modificar sus características.

En el caso del salchichón no se obtuvie-ron tan buenos resultados utilizando losmismos métodos combinados, obtenién-dose que el tratamiento con altas presio-nes (500 MPa durante cinco minutos)inhibía sólo ligeramente el crecimiento demicroorganismos como mohos y levadu-ras y bacterias psicotrofas y anaerobias,aunque de nuevo las HPP no causabandiferencias en las propiedades físico-quí-micas y sensoriales del salchichón, inclu-so cuando se había enriquecido en ácidosgrasos insaturados, por lo que en esteproducto el tratamiento con altas presio-nes no potenciaba la oxidación (22).

CorderoEste estudio también se encuadra dentrodel Proyecto Europeo “PathogenCombat”

en el que participa el Área de Tecnologíade los Alimentos.

En esta ocasión se buscaba estudiar laefectividad de la aplicación de cepas pro-ductoras de bacteriocinas frente a Listeriamonocytogenes inoculada sobre filetes decordero envasados con distintas atmós-feras con el fin de mejorar la seguridad ali-mentaria del producto sin que se modifi-cara sensorialmente.

Lo primero que se realizó fue la evaluaciónde la actividad antimicrobiana de doscepas productoras de bacteriocinas, Leu-conostoc pseudomesenteroides, produc-tora de la bacteriocina PCK 18 y Lac-tobacillus pentosus, productora de labacteriocina PCD 101 (Anidral, Novara,Italia), frente a ocho cepas de L. mono-cytogenes, cuatro de ellas originarias demuestras alimentarias y cuatro pertene-cientes a la colección española de cultivostipo. Los mejores resultados se obtuvieronen el caso de L. pseudomesenteroidescuya bacteriocina presentaba actividadantimicrobiana frente a seis de las ochocepas de L. monocytogenes evaluadas,mientras que en el caso de L. pentosus nose obtuvo ningún resultado positivo frentea las cepas de L. monocytogenes estu-diadas.

Para realizar el estudio se inocularon filetesde cordero con una concentración de 105-106 UFC/g de la mezcla de cuatro cepas deL. monocytogenes (CECT 934, 4032, 5366y una aislada de cordero) y posteriormentese envasaron al vacío y con distintas at-mósferas protectoras, una con alto conte-nido en CO2 (A) (15% O2/60% CO2) y otracon bajo contenido en CO2 (B) (15%O2/30% CO2) y por otro lado se realizó lomismo pero además de inocular con las


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cepas de L. monocytogenes se inocularonlas muestras con una concentración entorno a 106 UFC/g, con la cepa productorade la bacteriocina PCK 18.

Los principales resultados obtenidos sepueden ver en la figura 1, donde se obser-va que el empleo de atmósferas protec-toras con alto contenido en CO2 inhibía elcrecimiento de L. monocytogenes en ma-yor medida. Por otro lado, la cepa pro-ductora de la bacteriocina PCK 18 reducíalos recuentos de L. monocytogenes entre2-3 log respecto al empleo sólo de MAP.Sin embargo, sensorialmente el empleo dela cepa productora de la bacteriocina PCK18 causaba modificaciones en el olor delproducto antes que las muestras noinoculadas con dicha cepa.

Por lo tanto, la principal conclusión deltrabajo fue que a pesar de que el usocombinado de MAP junto al empleo de lacepa productora de la bacteriocina PCK 18es muy efectivo en la inhibición L. mono-cytogenes, las características sensorialesdel producto se modificaban antes.

Estudio in vitroEste estudio fue realizado en colabora-ción con la Universidad de Gante (Bél-gica) bajo la supervisión de los Doctores F.Devlieghere y M. Uyttendaele.

El objetivo era estudiar la revivificación deListeria monocytogenes después del tra-tamiento con métodos combinados, co-mo el tratamiento de las mismas con


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Figura 1. Recuentos de Listeria monocytogenes (log UFC/g) para todas la muestras estudiadas. Ab: atmósfe-ra 15% O2/60% CO2 + L. monocytogenes + bacteriocina; Ai: atmósfera 15% O2/60% CO2 + L. monocytoge-nes; Bb: atmósfera 15% O2/30% CO2 + L. monocytogenes + bacteriocina; Bi: atmósfera 15% O2/30% CO2 +L. monocytogenes; Vb: vacío + L. monocytogenes + bacteriocina; Vi: vacío + L. monocytogenes.

Listeria monocytogenes

ClO2 junto con diversas condiciones desal, pH y Tª. Para ello, previamente se rea-lizó la estandarización del tratamientocon ClO2, para a continuación evaluar elcomportamiento de 17 cepas de L. mo-nocytogenes frente al mismo y por últimorealizar el seguimiento de la revivificaciónde L. monocytogenes en condiciones ad-versas de sal, pH y Tª después de su tra-tamiento con ClO2.

Algunas de las ventajas que presenta elClO2 líquido son que tiene actividad anti-microbiana, alta función oxidativa (2,5veces mayor que Cl2), y es 10 veces mássoluble en agua que el Cl2. Sin embargo,también presenta inconvenientes comoque el ClO2 gas es explosivo a altas con-centraciones, que varía su concentraciónfácilmente, es volátil y su actividad anti-microbiana se ve afectada por la materiaorgánica.

Para evaluar la combinación del ClO2 jun-to con distintas condiciones de sal, pH yTª, se estudió la revivificación de las cepasde L. monocytogenes tratadas medianteel análisis de la densidad óptica en placasde 96 pocillos.

La estandarización de la concentraciónde ClO2 dio como resultado que la másrecomendable era 6 ppm, consiguiendouna reducción de 2 log en las cepas deListeria monocytogenes estudiadas. Acontinuación se evaluó el comportamien-to de las 17 cepas, seleccionándose tresde ellas por su diferente comportamien-to frente al ClO2 para continuar con el es-tudio.

En el caso del empleo de cepas de L.monocytogenes tratadas con ClO2 líquidojunto con distintas concentraciones de salse observó que las cepas de L. monocy-

togenes no tratadas con ClO2 crecían deforma más lenta que las no tratadas.También se observó que con mayoresconcentraciones de sal el crecimiento dedicho microorganismo era más lento,tanto en cepas tratadas como no trata-das. Y por último, las tres cepas tanto tra-tadas como no tratadas con ClO2 mostra-ban por lo general un comportamientosimilar.

En el caso de la combinación de cepastratadas con ClO2 líquido y expuestas adiferentes pH, se pudo observar que denuevo las cepas de L. monocytogenestratadas crecían más tarde que las no tra-tadas, además a menores pH las cepastratadas y no tratadas crecían de formamás lenta. En esta ocasión cada una delas cepas, tanto tratadas como no trata-das, mostraban comportamientos muyvariables entre ellas.

Y por último, respecto al empleo combi-nado de cepas tratadas con ClO2 líquidojunto con el empleo de distintas tempe-raturas se observó que cada una de lascepas, tanto tratadas como no tratadas,mostraban comportamientos diferentesentre ellas, aunque en todos los casoslas cepas tratadas con ClO2 retrasabansu crecimiento en todas las temperatu-ras evaluadas, respecto a las cepas notratadas. También se observó que amenor temperatura, el crecimiento eramás lento para todas las cepas estudia-das.

Por lo tanto, la principal conclusión detrabajo fue que una combinación ópti-ma de sal, pH o temperatura con el tra-tamiento de ClO2 podría aumentar lavida útil y la seguridad de los alimentos(23).


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IntroducciónEl consumidor de hoy espera, y tienederecho a ello, consumir alimentos segu-ros, pero además muchos desean otrosatributos tales como comodidad, buenacalidad nutritiva y sensorial, larga vidacomercial, naturalidad, sin aditivos y elmínimo procesado de elaboración. Es di-fícil, si no imposible, encontrar una únicatecnología de procesado de alimentosque pueda reunir todos estos requeri-mientos. Los tratamientos térmicos, talescomo la pasteurización o la esterilización,han sido usados extensamente duranteaños y son bien aceptados por los consu-midores. Sin embargo, estos tratamien-tos pueden tener efectos negativos sobrela calidad nutritiva y sensorial de algunosalimentos. En las últimas décadas se haninvestigado diversas tecnologías de pro-cesado no basadas en el calor.

Una de las tecnologías más prometedo-ras es el uso de las altas presiones hidros-táticas, también conocidas como proce-sado por altas presiones (PAP, o en ver-sión original HPP, High Pressure Proce-ssing). La idea de usar presiones altaspara conservar alimentos no es nueva.Hite (1) publicó que la leche tratada conpresión se conserva “dulce” durante mástiempo, indicando que muchos de losmicroorganismos causantes de su dete-rioro habían sido destruidos por el trata-miento. También publicó la utilidad de la

presión para alargar la vida comercial delas frutas por inactivación de las levadu-ras, y adicionalmente señaló el problemade la resistencia de las esporas bacteria-nas a la presión (2).

El interés científico en el uso de las altaspresiones para inactivar microorganismoscontinuó en los siguientes 70 años, dan-do lugar a numerosas publicaciones sobreinactivación de bacterias, virus, levadurasy mohos (3-5). También fueron descritosotros efectos interesantes de la presión,por ejemplo su efecto sobre las proteínas(6, 7). Sin embargo, sólo desde 1980 laalta presión es considerada como unatecnología aplicable al procesado de ali-mentos.

En esa época, la alta presión tenía variasaplicaciones industriales bien conocidas,tales como la producción de cerámica ydiamantes industriales. El diseño de losequipos había mejorado significativamen-te en estos años, y ya se disponía demodelos comerciales, seguros, fiables yadecuados para la industria alimentaria.Los primeros alimentos comerciales trata-dos con altas presiones fueron desarrolla-dos en Japón. En su mayoría eran produc-tos ácidos, basados en frutas tales comomermeladas y salsas. Desde entonces, hacrecido la aplicación de esta tecnología yactualmente hay más de 120 instalacionesde PAP en cuatro continentes (Tonello,2009, comunicación personal). Tambiénparece que, a diferencia de otros trata-

“Pasteurización” de alimentos por altas presionesDra. Margaret F. Patterson y Dr. Mark Linton


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mientos no térmicos como la irradiaciónpor rayos gamma, la tecnología PAP tieneuna aceptación general por los consumi-dores. En el año 2001 la UE simplificó lalegislación sobre Novel Food. Esencial-mente, si un producto nuevo se demues-tra como “sustancialmente equivalente”a otro producto existente en el mercado,puede ser considerado de acuerdo con lalegislación nacional y no está sujeto a lalegislación de Novel Food (8).

La unidad de presión en el S.I. es el Pas-cal, siendo 1 Pascal (Pa) equivalente a 1Newton/m2. Esta unidad de presión esmuy pequeña y en el sistema métrico depresión se usa el KPa (103 Pa) o el MPa(106 Pa). Otras unidades de presión másantiguas son el bar, la atmósfera o la librapor pulgada cuadrada (ver tabla 1, paracomparar unidades). La mayoría de lasaplicaciones en alimentación requierenpresiones entre 300 y 600 MPa manteni-das durante varios minutos.

Aplicaciones comercialesde los alimentos tratadospor presión

En 1994, la empresa Ulti en Francia fue laprimera en la UE en comercializar alimen-tos tratados por altas presiones. El zumode naranja fue el producto principal convolúmenes más pequeños de zumo delimón y pomelo. El PAP se ha usado para

alargar la vida comercial, en refrigera-ción, del zumo fresco de fruta. El objeti-vo era disminuir los costes logísticos sinafectar la calidad sensorial y el contenidoen vitaminas del zumo. Hoy los zumosPAP se encuentran en varios países inclu-yendo Portugal, Italia, República Checa,España y Australia (Tonello, comunica-ción personal).

En 1998, la empresa española Espuña fueuna de las primeras en procesar jamón enlonchas y productos cárnicos de delicates-sen, en estuchados flexibles, usando unproceso industrial de “pasteurizaciónfría” trabajando a presiones entre 400-500 MPa durante varios minutos. Hoy lascarnes PAP constituyen aproximadamenteun tercio del mercado mundial de alimen-tos tratados por presión. En muchoscasos, la tecnología se usa como un trata-miento final de descontaminación de pro-ductos ya envasados y listos para comer,para eliminar patógenos como Listeriamonocytogenes y Salmonella spp. Esto esde particular importancia en EE.UU., paísde “tolerancia cero” a L. monocytogenes.Además, es posible alargar significativa-mente la vida comercial de los productosrefrigerados manteniendo las propieda-des organolépticas. Productos cárnicosPAP se comercializan en países comoEE.UU. (precocinados de ave, buey ypollo), Canadá (carnes curadas y precoci-nados), España (jamón y otras carnes

Tabla 1. Conversión de unidades de presión.

Unidad MegaPascales Kilobar Libras por pulgada Atmósferas(MPa) (kbar) cuadrada (psi)

100 MPa 100 1 14.504 986,95 kbar 500 5 72.520 ~4934100.000 psi ~690 ~7 100.000 6.805

curadas) y Alemania (carnes curadas). EnJapón, el PAP se utiliza para producir“bacon”, salchichas y carne en lonchassin nitratos. En estos casos, la tecnologíase utiliza para producir alimentos sin con-servantes o de menor contenido en salque los equivalentes tradicionales.

Se comercializan productos vegetales PAPdesde 1997, cuando la compañía Freshe-rized Foods en EE.UU. usó por primeravez esta tecnología para conservar guaca-mole. El PAP reduce la actividad polifenoloxidasa lo que permite mantener el colorverde fresco así como el sabor, y retardarel deterioro microbiológico. Desde enton-ces ha crecido la gama de productoshasta platos completos PAP que incluyencarne precocinada, salsa, guacamole, pi-mientos y cebolla. Solo las tortillas deharina no son PAP. Estas comidas tienenuna vida comercial de al menos 35 días.Otros productos vegetales PAP incluyensalsas vegetales (EE.UU., Canadá y Japón),platos vegetales listos para comer (Es-paña), tofu y hummus (EE.UU.). En Japón,el PAP se utiliza para reducir la retrograda-ción del almidón en el arroz, obteniendoun producto de cocción rápida.

El marisco PAP es otro mercado importan-te. La primera aplicación comercial vinode la compañía de EE.UU., MotivatitSeafoods Inc (ver: www.theperfectoys-ter.com), que usó la tecnología PAP paraabrir las ostras fácil y limpiamente, sinafectar a la calidad sensorial. La tecnolo-gía funciona igualmente bien en otrosbivalvos y también se usa en cangrejo ylangosta. El interés principal del uso deesta tecnología es la facilidad para separarlas conchas y el aumento del rendimiento,aunque otro beneficio menor es la reduc-ción de patógenos tales como Vibrio spp.

Actualmente, los mariscos tratados poraltas presiones son comercializados enCanadá, Nueva Zelanda, Japón e Italia,además de EE.UU.

Procesado por altaspresiones

Un sistema típico de tratamiento por al-tas presiones consiste en una cámara detratamiento, un fluido que transmite lapresión (generalmente agua potable) yuna o más bombas que generan presión.Es un proceso por lote y las cámaras detratamiento tienen capacidades entre 35y 700 L, con un coste que oscila general-mente entre los 300.000 y 2 millones deeuros, según el tamaño (ver figura 1a y1b).

Los alimentos envasados son introducidosen la cámara, que es cerrada, y a conti-nuación comienza el bombeo de aguadentro de la cámara. Cuando se alcanzala presión de trabajo, el bombeo cesa y secierran las válvulas para mantener la pre-sión sin otro gasto energético. La presiónes transmitida rápida y uniformemente através del agua y el alimento. Cuando hatranscurrido el tiempo fijado, la presiónes liberada y los envases se sacan de lacámara. Como esto es un proceso porlote, el rendimiento es relativamente limi-tado en comparación con otros procesosalimentarios continuos como el autocla-vado. Sin embargo, la salida “continua”de alimentos bombeables como el zumode frutas se puede conseguir colocandoen paralelo tres o más cámaras de pre-sión (llamadas en inglés “isolator” por-que una partición separa físicamente elfluido a tratar del fluido que genera laalta presión). La secuencia de operación

“Pasteurización” de alimentos por altas presiones

61

de cada cámara es calculada automática-mente con respecto a las otras para con-seguir una salida “continua” del alimen-to tratado (9).

La presión se aplica al alimento de unamanera isostática. Ello implica que todoslos átomos y moléculas del alimentoestán sujetos a la misma presión, y exac-tamente el mismo tiempo, a diferencia delos procesos térmicos donde ocurren gra-dientes de temperaturas.

La segunda característica clave de lasaltas presiones, derivada del principio deLe Chatelier, es que cualquier fenómenoque dé lugar a un descenso de volumenes favorecido por un incremento de lapresión. Por tanto, la aplicación de altaspresiones favorece la formación de puen-tes de hidrógeno, mientras que son de-sestabilizados otros enlaces débiles de lasproteínas. Sin embargo, los enlaces cova-lentes no son afectados por las altas pre-siones.

Efectos de las altaspresiones sobre los microorganismosSe han publicado muchos trabajos sobrelos cambios inducidos por las altas presio-


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Figura 1a. Instalación vertical Avure 35 L HPP en elAgri-Food and Biosciences Institute, Belfast, UK.

Figura 1b. Máquina horizontal NC Hyperbaric 420 L en una línea de producción (foto cortesía de NC Hyper-baric).

nes en los microorganismos, incluyendoalteraciones en la membrana y morfolo-gía celular, efectos sobre las proteínas(incluyendo enzimas) y efectos sobre losmecanismos genéticos de los microorga-nismos (4, 10). Sin embargo, a pesar deestas investigaciones, los mecanismos dela inactivación microbiana no son aúncomprendidos en su totalidad. La mayo-ría de los autores concuerdan con que elefecto letal de las altas presiones sobrelas bacterias es debido a varios procesosdiferentes que ocurren simultáneamente.En concreto, el daño a la membrana celu-lar y la inactivación de enzimas claves,incluyendo las implicadas en la replica-ción y transcripción del ADN, están con-siderados como puntos clave afectadospor las altas presiones en los microorga-nismos (11, 12). Se han encontrado evi-dencias de daños físicos a la membranacelular después del tratamiento por altaspresiones, bien en forma de pérdidas deATP o de material con absorción al UV, obien como mayor captación de coloran-tes fluorescentes, como el yoduro de pro-pidio, que normalmente no penetran através de las membranas de células sanas(14). Las células en fase estacionaria sonnormalmente más resistentes a la presiónque las células en fase exponencial. Ma-ñas y Mackey (15) han propuesto que lascélulas en fase exponencial son inactiva-das por las altas presiones por daños irre-versibles en las membranas celulares. Encambio, las células en fase estacionariatienen una membrana citoplásmica másrobusta que puede aguantar mejor el tra-tamiento por presión. Esta propuesta sebasa en el hecho de que tras tratamientoPAP las células en fase exponencial mues-tran cambios en sus membranas celulares

que no son detectables en las células enfase estacionaria. Estos cambios incluyenperturbaciones físicas de la estructura dela membrana, pérdida de respuesta os-mótica y liberación de ARN y proteína almedio extracelular.

Variaciones en la resistencia a la presiónentre microorganismos

En términos generales, las esporas bacte-rianas son los tipos de microorganismosmás resistentes a la presión (tabla 2). Portanto, permanecen relativamente indife-rentes a las presiones usadas para “pas-teurizar” tal como son descritas en estecapítulo. Por ello tienen que ser tratadascon una combinación de presión y calor,que logra la “esterilización” tal como sediscute con detalle en el siguiente capítulode Alfredo Rodríguez.

Algunos virus son también resistentes atratamientos por presión, especialmenteen alimentos, más que en medios decultivo (tabla 3). Por ejemplo, en un mediode cultivo de tejidos, un tratamiento de600 MPa durante 600 segundos es sufi-ciente para conseguir reducciones supe-riores a 5 unidades logarítmicas en lostítulos de infectividad viral, del calicivirusfelino (un modelo de norovirus), superioresa 3 unidades logarítmicas en el virus de lahepatitis A y menores o iguales a 2 enpolivirus (16). El virus de la hepatitis A,presente en ostras contaminadas, tambiénes inactivado por presión. Tratamientos a350, 375 y 400 MPa, en un intervalo detemperaturas entre 8,7 y 10,3 ºC (17),produjeron reducciones superiores a 1, 2


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y 3 unidades logarítmicas, respectiva-mente. Estos resultados sugieren que lostratamientos por presión necesarios paramatar patógenos bacterianos vegetativosserían también suficientes para causar unainactivación significativa de partículas devirus humanos.

El virus de la fiebre aftosa (FMDV) es tam-bién relativamente sensible a la alta pre-sión. Un tratamiento de 250 MPa a -15 ºCdurante una hora en urea 1 M destruyela infectividad del FMDV, aunque mante-niendo la integridad de la cápsida. El virustratado todavía provoca la producción de


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Tabla 2. Sensibilidad a la presión de determinadas esporas bacterianas.

Organismo Sustrato Tratamiento Inactivación Referenciaformador (Nº de reduccionesde esporas logarítmicas)

Esporas de Tampón Fosfato 827 MPa/ 5 36C. botulinum, Sorensen 50 °C/5 mintipo E (Alaska) (0,067 M, pH 7,0)

Esporas de Mezcla de carne 827 MPa/ 3,2 37C. botulinum, de cangrejo 75 °C/15 mintipo A BS-A

C. sporogenes Pechuga de pollo 680 MPa/ 2 3880 °C/20 min

C. sporogenes Emulsión cárnica 621 MPa/ > 5 39B. subtilis 98 °C/5 min > 9B. stearothermophilus > 10

Tabla 3. Sensibilidad a la presión de determinados virus.

Virus Sustrato Tratamiento Inactivación Referencia

Rotavirus Medio de 300 MPa/ Log 8 TCID50/ml* 40laboratorio 21 °C/2 min

Coxsackievirus Medio 500 MPa/ Log 6,5 TCID50/ml 41de laboratorio 21 °C/5 min

Enterovirus bovino Ostras 350 MPa/ ~Log 3 TCID50/g 4220 °C/5 min

Virus hepatitis A Cebollas verdes 375 MPa/ Log 4,75 PFU/g** 4321 °C/5 min

Norovirus Tejido de ostra 400 MPa/ Log 4,05 PFU/g 445 °C/5 min

*TCID50 = Dosis infectiva para un cultivo de tejidos (50%).**PFU = Unidades formadoras de placas.

anticuerpos neutralizantes en conejo.Estos resultados sugieren que la altapresión podría ser un método simple,seguro y reproducible para producir vacu-nas virales (18).

Generalmente las levaduras no se asociana enfermedades causadas por alimentos.Sí son relevantes en cuanto al deteriorode los mismos por su capacidad paracrecer en productos con baja actividad deagua (aw) y su tolerancia a concentra-ciones relativamente altas de ácidos or-gánicos usados como conservantes. Laslevaduras son generalmente sensibles a lapresión, aunque las ascosporas son másresistentes que las bacterias vegetativas(tabla 4). Se dispone de menos informa-ción sobre la sensibilidad a la presión delos mohos, aunque se ha demostrado quelas formas vegetativas son relativamentesensibles mientras que las ascosporas sonmás resistentes (19). La edad de las as-cosporas puede afectar a la respuesta a la

presión, siendo más resistentes las as-cosporas más viejas (20). El efecto de lapresión sobre micotoxinas se consideralimitado ya que el tratamiento tiene pocoefecto sobre los enlaces covalentes. Sinembargo, en un estudio se ha descritoque la patulina, una micotoxina producidapor varias especies de Aspergillus, Peni-cillium y Byssochlamys, es degradada porla presión (21). El contenido en patulinade un zumo de manzana bajó un 42%,53% y 62% después de una hora de tra-tamiento a 300, 500 y 800 MPa res-pectivamente y 20 ºC. No se ha presen-tado ninguna explicación de los resultados.

Las bacterias Gram (+), especialmente loscocos como Staphylococcus aureus, tien-den a ser más resistentes a la presión quelos bacilos Gram (-), como Salmonella spp(tabla 5). Sin embargo, hay excepciones aesta regla general. Por ejemplo, algunascepas de Escherichia coli O157:H7 sonrelativamente resistentes a la presión (22).


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Tabla 4. Sensibilidad a la presión de ciertas levaduras y mohos.

Virus Sustrato Tratamiento Inactivación Referencia(Nº de reducciones

logarítmicas)

Saccharomyces Emulsión 300 MPa/ 2 45cerevisiae de cerdo 20 °C/10 min

Ascosporas de Zumo 500 MPa/ ~6 46Saccharomyces de manzana 5 °C/1 mincerevisiae pH 3,8

Ascosporas de Zumo 600 MPa/25 °C/60 min ~3 47Talaromyces de manzana 600 MPa/60 °C/60 min ~6avellaneus pH 3,45

Ascosporas de Zumo de uva aw 0,97 700 MPa/ 4 48Byssochlamys Mermelada de 30 min/70 °C <1nivea arándanos aw 0,84


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Se ha publicado poco sobre los efectos de

la presión sobre los parásitos (ver tabla 6).

Hay alguna evidencia de que los quistes

de Toxoplasma gondii son relativamente

sensibles a la presión. En un bioensayo en

ratones se demostró que un tratamiento

de 30-400 MPa, durante menos de 90

segundos fue suficiente para convertir en

no-viables unos quistes de la cepa VEG de

T. gondii en carne de cerdo picada (23).

Variaciones entre cepasdentro de una mismaespecie

En diferentes cepas de la misma especiepuede haber variaciones significativas a laresistencia a la presión. Por ejemplo, se haencontrado una diferencia de 3 unidadeslogarítmicas en la resistencia de cepas pa-tógenas de E. coli, tratadas a 600 MPa,durante 15 minutos y 20 ºC (24). Alpas y

Tabla 5. Sensibilidad a la presión de ciertas bacterias vegetativas.

Virus Sustrato Tratamiento Inactivación Referencia(Nº de reducciones

logarítmicas)

Vibrio Ostras 300 MPa/ 5 49parahaemolyticus 10 °C/3 min

Campylobacter Leche UHT 300 MPa/ ~1 50jejuni 20 °C/10 min

Y. enterocolitica Queso modelo 500 MPa/ > 5 5120 °C/10 min

Salmonella Zumo de naranja 250 MPa/ 5,53 52enteritidis pH 3,76 30 °C/10 min

Listeria Tampón PBS 500 MPa/ > 7 23monocytogenes pH 6,3 20 °C/10 min

Escherichia Leche UHT 600 MPa/ > 2 23coli O157:H7 Carne de ave 20 °C/15 min 3NCTC 12079

Tabla 6. Inactivación por presión de determinados parásitos.

Virus Sustrato Tratamiento Inactivación Referencia

Cryptosporidium Zumo de 530 MPa/ Inactivación > 4 unidades 53parvum naranja 20 °C/10 min logarítmicas de ooquistes

Eimeria DMEM 550 MPa/ No se detecta patogenicidad 54acervulina conteniendo 40 °C/2 min en pollos, sin presencia

105,8 ooquistes de ooquistes en heces

DMEM: medio de cultivo celular Dulbecco (Dulbecco's Modified Eagle's Medium).

colaboradores (25) también encontraronvariabilidad en la resistencia a la presiónde cepas de Listeria monocytogenes, Sal-monella spp, S. aureus y E. coli O157:H7.Sin embargo, también encontraron que elrango de diferencias a la presión dentrode una especie desciende cuando la tem-peratura durante el tratamiento se incre-menta de 25 a 50 ºC. Este hallazgo pue-de ser útil comercialmente, ya que la com-binación de presión y calentamiento sua-ve se podría usar para aumentar el efectoletal de los tratamientos.

Efectos de la intensidad y duración del tratamientopor presión

Presión y calor son similares en cuanto aque por debajo de un umbral no hayinactivación. El umbral varía con el micro-organismo. Por encima del umbral, elefecto letal del proceso tiende a aumen-tar a medida que la presión se incremen-ta, pero no necesariamente a medidaque se incrementa el tiempo. Por tanto,la representación del logaritmo del nú-mero de supervivientes frente al tiempono siempre es lineal (es decir, no sigueuna cinética de primer orden). A menudohay un descenso en la velocidad letal yuna “cola” resistente a la presión. Losestudios han demostrado que cuandoesta población “cola” es aislada, creciday de nuevo expuesta a la presión, no haydiferencia significativa entre ella y el cul-tivo original (26). Colas similares se en-cuentran también en los procesos de tra-tamiento por calor, pero el fenómeno pa-rece más pronunciado con las altas pre-siones. Este efecto no es conocido en sutotalidad. Puede ser debido a variaciones

fenotípicas inherentes a la resistencia a lapresión en algunas células. Las condicio-nes experimentales, tales como sustrato ycondiciones de crecimiento, también pue-den ser un factor. El fenómeno “cola”puede complicar el cálculo de los valoresD y Z y se ha de tener en cuenta en losestudios de inoculación usados para opti-mizar las condiciones de procesado en losdiferentes alimentos.

Efecto del tiempoprocesado sobre la resistencia a la presiónLa temperatura durante el tratamientocon presión puede tener un efecto signifi-cativo en la resistencia microbiana. En ge-neral, los tratamientos con presión lleva-dos a cabo por debajo de los 20 ºC o porencima de la temperatura de crecimientode los microorganismos, resultan en unamayor inactivación. Por ejemplo, la inacti-vación por presión de S. bareilly, V. para-haemolyticus y S. aureus en buffer de fos-fato sódico 2 mM, pH 7,0, es mayor a -20 ºC que a 20 ºC (27). La aplicaciónsimultánea de presión (hasta 700 MPa)con temperatura media (hasta 60 ºC) esmás letal que sólo la presión para inactivarpatógenos como E. coli O157:H7 y S. au-reus en leche y carne de ave (28).

Efecto del sustrato sobre la resistencia a la presiónLa composición química del sustratodurante el tratamiento puede tener unefecto significativo sobre la respuesta delos microorganismos a la presión. Algunosconstituyentes de los alimentos tales co-mo proteínas, hidratos de carbono y lípi-dos pueden tener un efecto protector


67

(29). Por ejemplo, el tratamiento de E. coliO157:H7 bajo las mismas condiciones de700 MPa durante 15 minutos a 20 ºC,resulta en una reducción logarítmica de 6unidades en solución salina tamponadacon fosfato, de 3 unidades en carne deave y menos de 2 unidades en leche UHT(ver figura 2). Cationes como el Ca

2+pue-

den ser baroprotectores y esto puede ex-plicar porque muchos organismos pare-cen más resistentes a la presión cuandoson tratados en ciertos alimentos como laleche (30). Por tanto, los datos de inacti-vación obtenidos usando tampones o me-dios de laboratorio no deberían ser extra-polados a situaciones de alimentos reales,donde puede ser necesario un tratamien-to a presión más severo para conseguir elmismo nivel de inactivación.

La actividad de agua (aw) y el pH de los ali-mentos pueden afectar significativamentea la inactivación de los microorganismospor la presión. Una baja actividad de aguaprotege a los microorganismos contra losefectos de la presión. Oxen y Knorr (31)han informado que reduciendo la aw delmedio de 0,98-1,0 hasta 0,94-0,96 mejo-ra la supervivencia de Rhodotorula rubrasometida a presiones de 200-400 MPa, a15 ºC durante 15 minutos. Sin embargo,la naturaleza del soluto es importante. Ala misma aw las células son más sensiblesa la presión en glicerol que en mono ydisacáridos. La trealosa confiere la máxi-ma protección (32).

La presión y el pH pueden actuar sinérgi-camente para incrementar la inactivaciónmicrobiana. Linton y colaboradores (33)mostraron que el pH inicial tenía un efec-


68

Figura 2. Inactivación por alta presión (700 MPa / 20 °C / 15 min) de E. coli O157:H7 en varios sustratos.

to significativo sobre la velocidad de inac-tivación de E. coli O157:H7 en zumo denaranja. A menor pH, las células eran mássusceptibles a la presión y las células condaños subletales menos capaces de repa-rarlos y morían más rápidamente duranteel almacenaje posterior del zumo. Estehecho puede tener valor comercial, comoes el tratamiento por presión de loszumos de frutas donde los patógenos,como E. coli O157:H7, que pueden sobre-vivir al tratamiento inicial por presión,morirían en un periodo de tiempo relati-vamente corto durante el almacenamien-to refrigerado en un medio fuertementeácido (34).

La PAP como un procesode “pasteurización”Tradicionalmente el término “pasteuriza-ción” describe un tratamiento térmico(por ejemplo 72 ºC / 15 segundos). Estetratamiento origina una reducción signifi-cativa en varios patógenos relevantespara la Salud Pública. En los últimos añosla definición de pasteurización ha sidoampliada para incluir otros tratamientosno térmicos. En el año 2004, el NationalAdvisory Committee on MicrobiologicalCriteria for Foods (NACMCF) en EE.UU.definió la pasteurización como “cualquierproceso, tratamiento o combinación deambos que, aplicado a un alimento, redu-ce los microorganismos más resistentes,relevantes para la Salud Pública, a un nivelen el que no es probable que suponganun riesgo para ésta bajo condiciones nor-males de distribución y almacenaje” (35).Por tanto, cuando el PAP es usado paracontrolar patógenos vegetativos en ali-mentos, éste puede ser validado como un

proceso de pasteurización y puede serconsiderado como un Punto Crítico deControl (PCC) dentro de un sistema deAPPCC. Sin embargo, como las esporasson extremadamente resistentes a la pre-sión, la tecnología por sí misma no puedeser usada para producir alimentos esta-bles a temperatura ambiente. Comoalternativa, una combinación de presióncon calentamiento suave puede ser muyefectiva (ver capítulo siguiente).

ConclusionesLa idea de aplicar altas presiones a los ali-mentos como un método para mejorar laseguridad y alargar la vida comercial dealimentos no es nueva. Pero sólo en losúltimos años se ha dispuesto de equiposcomerciales adecuados para la industriaalimentaria. Aunque el mercado es aúnpequeño comparado con los alimentosprocesados por calor, por ejemplo, los au-toclavados, está creciendo. La alta presiónes particularmente útil para productossensibles al calor, donde tiene ventajassobre otras tecnologías de conservación.Las bacterias vegetativas, incluyendo pa-tógenos, levaduras y mohos y algunosvirus son relativamente sensibles a la pre-sión y su número se puede reducir signifi-cativamente usando 600 MPa o menosdurante unos cuantos minutos. Sin em-bargo, las esporas bacterianas, como lasde Clostridium botulinum, son extrema-damente resistentes a estas presiones. Portanto, la presión por sí sola no puede serusada para producir alimentos estables atemperatura ambiente. No obstante, unacombinación de presión y calentamientosuave puede ser útil para matar estasesporas (ver capítulo siguiente).


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IntroducciónEste capítulo presta especial atención a latecnología de alta presión aplicada a laesterilización de alimentos en lo concer-niente a la aplicación del FSO al desarro-llo de procesos de esterilización.

El FSO es “la frecuencia máxima y/o laconcentración máxima de un peligro enun alimento en el momento del consumoque provee o contribuye al nivel adecua-do de protección (ALOP)” (2). El FSO sepuede definir a través de la siguiente fór-mula matemática:

FSO representa la probabilidad o riesgode que alguien consuma un productocontaminado por un microorganismo pa-tógeno, o por alguna toxina de origenmicrobiano. El FSO abarca desde el mo-mento inicial del proceso, hasta el mo-mento en el que el producto es consumi-do. Los detalles de la formula serán expli-cados más adelante.

En fechas relativamente recientes el FSOse ha convertido en un tópico frecuente-mente discutido en las reuniones profe-sionales relativas a la seguridad de los ali-mentos; en particular, a la seguridad delos alimentos esterilizados. Hay diferentesrazones que explican la popularidad delFSO. Probablemente la más significativaes que su aplicación tiene gran potencialpara favorecer la innovación tecnológicaen la industria alimentaria.

El FSO establece un patrón probabilísticopara decidir el nivel de riesgo que sepuede considerar aceptable y para juzgarla capacidad de los procesos industrialespara alcanzar ese nivel de riesgo. En con-traste, normas en efecto en los EUA defi-nen precisamente las características delos procesos. Este enfoque corresponde auna situación en la que las alternativastecnológicas son muy limitadas. Pudieraser que el proceso óptimo difiriera de lascondiciones autorizadas y en este caso lanorma elimina posibilidades tecnológicascuya aplicación podría ser ventajosa debi-do a resultados económicos o nutriciona-les, etc.

Otro tipo de norma define la pasteuriza-ción con respecto a la reducción de lapoblación microbiana o de algún micro-organismo patógeno de importancia

Esterilización de alimentos por alta presióny aplicación del enfoque del objetivo deseguridad alimentaria (FSO) paradesarrollar procesos de esterilizaciónDr. Alfredo C. Rodríguez Zendejas

objetivo de seguridad alimentaria.

nivel inicial de riesgo.

incremento total del riesgo debido a crecimiento o contaminación.

inactivación total (reducción delriesgo, número negativo).


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especial. En este caso, el riesgo no estánecesariamente bien controlado porquela posibilidad de una contaminación porencima de cien mil microorganismos exis-te y por lo tanto existe la posibilidad deque la norma no proteja apropiadamentea la población consumidora.

El FSO puede considerarse una herra-mienta de gran potencial para asegurarque un proceso industrial satisfaga losrequisitos de seguridad alimentaria. ElFSO puede usarse para establecer unlímite práctico con respecto a la seguri-dad de los productos alimenticios redu-ciendo el impacto sobre las posibilidadesde innovar o mejorar los productos y pro-cesos correspondientes.

En la mayoría de los procesos dirigidos ala producción de productos comercial-mente estériles, los microorganismos ca-paces de inducir alteraciones microbioló-gicas en los productos son más resisten-tes a los agentes letales (como el calorhúmedo, por ejemplo) que los microor-ganismos de interés desde el punto devista de la seguridad de los consumido-res. Así pues, en general, cuando los pro-cesos son suficientemente severos comopara garantizar la estabilidad de los pro-ductos durante su vida de anaquel, lainactivación de los microorganismos deinterés sanitario como Clostridium botuli-num puede darse por hecha.

Éste no es el caso de la esterilizacióncomercial de productos de baja acidez(LACF) por medio de alta presión. En esteúltimo caso, a la fecha, el microorganis-mo más resistente que se ha encontradoen términos prácticos corresponde alClostridium botulinum que representa unriesgo enorme. Por lo tanto, el margen

de seguridad que existe en la mayoría delos productos esterilizados comercial-mente no existe en el caso de la esterili-zación por alta presión. Luego, el uso deherramientas que permiten el control delriesgo resulta muy conveniente. El FSOpuede fungir como un criterio de evolu-ción para el desarrollo de procesos y pro-ductos en áreas en las que se carece delvasto archivo histórico de experienciaindustrial que tiene la industria de los ali-mentos enlatados de baja acidez.

Por lo tanto, este capítulo trata de la apli-cación del concepto del FSO a la esterili-zación de productos de baja acidez usan-do alta presión.

El uso de la esterilización por alta presiónes una tecnología que promete ayudar ala industria alimentaria a generar nuevosproductos y a mejorar algunos de los pro-ductos existentes en cuanto a su calidadnutricional y organoléptica. La razón prin-cipal es la celeridad con que la temperatu-ra puede ser controlada durante el proce-so de esterilización.

La presión utilizada en los procesos deesterilización por alta presión induce uncambio en la temperatura por compre-sión o descompresión de los materiales.Este cambio puede considerarse práctica-mente instantáneo en comparación conla transferencia de calor tradicional porconducción o convección.

En su turno, la capacidad de manipular latemperatura con gran rapidez nos da laoportunidad de inactivar las esporas bac-terianas hasta alcanzar el nivel necesariopara obtener productos seguros.

Por lo tanto, la exploración de los aspec-tos teóricos y prácticos de la esterilizaciónpor alta presión se beneficia del uso del

FSO como un patrón de referencia. No seintenta en este trabajo hacer una revisiónexhaustiva de la información relativa,sino hacer énfasis en la información ne-cesaria y suficiente para resolver el pro-blema de la esterilización comercial deproductos alimenticios de baja acidezusando una combinación de alta presióny temperatura.

Finalmente, el ejemplo de la primera soli-citud “aprobada” por la FDA para un ali-mento de baja acidez esterilizado con laayuda de alta presión (Pressure AssistedThermal Sterilization o PATS) nos da laesperanza de que un camino claro existepara satisfacer los requisitos técnicos ylegales para la aplicación de los procesosde esterilización por alta presión. El autorfungió como líder técnico e ingeniero deproceso del equipo que logró reciente-mente el mencionado triunfo. La palabra“aprobada” está entre comillas porquede manera rigurosa, la FDA no apruebalos productos o procesos, sino que decla-ra que, tras la revisión cuidadosa de losmismos, no tiene objeción. El documentollamado “Letter Of No Objection (LONO)”constituye la autorización requerida paraproducir legalmente este tipo de produc-tos para consumo humano.

Una fracción importante de las referen-cias en el presente capítulo (1, 3, 5, 6)consiste de publicaciones relativamenteantiguas. La razón es que el autor haceun intento de dar crédito a los científicose ingenieros que hicieron las contribucio-nes originales.

El presente capítulo describe de maneradetallada el componente o término deinactivación (Sigma R). La atención espe-cial prestada a este término obedece a

que la inactivación de las esporas bacte-rianas es el factor crítico para conseguirel nivel de seguridad necesario en el casode la esterilización comercial de los ali-mentos de bajo pH (Low Acid CannedFoods o LACF).

Información sobre latecnología de alta presión

La tecnología de alta presión ha tenido undesarrollo impresionante en los últimosaños. En la actualidad, los alimentos pas-teurizados usando alta presión forman unsector dinámico e innovador en el merca-do. La disponibilidad de equipo seguro yeficiente que permite alcanzar la factibili-dad técnica y económica de los procesosde pasteurización por alta presión es elfactor que desencadenó este proceso deinnovación y el correspondiente trabajode investigación y desarrollo.

Este desarrollo nos trae a la situaciónactual, en la que las preguntas más im-portantes para la aplicación de la altapresión a la esterilización de productosalimenticios de baja acidez han recibidorespuesta desde el punto de vista de laingeniería de proceso.

La comprensión de los detalles científicoscorrespondientes probablemente seguiráevolucionando, pero el nivel actual denuestro conocimiento nos permite desa-rrollar y verificar los procesos de esteriliza-ción por alta presión satisfactoriamente.

El futuro desarrollo de equipo y tecnolo-gía deberá proveer los insumos necesariospara demostrar e implementar la factibili-dad técnica y económica de nuestros pro-cesos y productos.

Esterilización de alimentos por alta presión y aplicación…

75

Fundamento bioquímico y bioenergético de lainactivación de esporasbacterianas por procesos dealta presión y temperatura

Efectos de la alta presión sobrelas enzimas

Existe evidencia de que la inactivación delas esporas bacterianas por alta presión ytemperatura está relacionada con la des-naturalización de enzimas localizadas enla membrana de las esporas. Estas enzi-mas son necesarias para que las esporaspuedan germinar y producir células bac-terianas vegetativas. Por lo tanto, la ciné-tica de los cambios inducidos por alta pre-sión y temperatura en las enzimas debede traducirse en los cambios que ocasio-nan la inactivación de las esporas (8).

El efecto de la presión sobre las enzimasha sido descrito usando termodinámica(análisis de la energía libre de Gibbs) (4).

La dinámica del efecto de la presión ytemperatura combinadas rinde un com-portamiento elíptico que da lugar a dife-rentes resultados dependiendo de laregión en el plano, presión, temperatura(PT). En parte de esta, las enzimas seencuentran en su forma activa, en otraparte se encuentran en forma desnatura-lizada. La desnaturalización de las enzi-mas puede ser reversible o irreversible.

Así pues, es importante tener presenteque dependiendo de los procesos que sesigan, el resultado será diferente. En tér-minos prácticos, el mensaje más impor-tante es que necesitamos encontrar lascondiciones que inducen la inactivaciónrequerida de manera consistente, y no

preocuparnos sobremanera del compor-tamiento de las esporas en otras condi-ciones que no corresponden al procesoque se desarrolla.

La inactivación de esporasbacterianas por alta presión y temperatura

La inactivación de las esporas bacterianaspor presión y temperatura se puede estu-diar a través del efecto de los procesos enla constante de velocidad de la transfor-mación de inactivación. La constante develocidad de los procesos químicos mole-culares depende de la presión, tempera-tura y la presencia de catalizadores. En elcaso de la esterilización por calor tradicio-nal, los valores de la presión no tienen unefecto detectable en la constante de ve-locidad. Sin embargo, cuando la presiónalcanza valores del orden de 600 MPa, elagua ya no se puede considerar como unfluido incompresible (sufre un cambiovolumétrico del 15%) y la constante develocidad se ve afectada visiblemente porla presión. El modelo matemático corres-


76

Fórmulas derivadas del modelo matemático para laconstante de velocidad k, el número de supervi-vientes N y la letalidad acumulada F. Rodríguez etal, 2004.

pondiente (8) da buenos resultados siem-pre y cuando la activación de las esporaspor presión no induzca una “joroba” enla curva de inactivación. En ese caso, elmodelo matemático produce valores quedescriben la curva aparentemente bien,pero los valores de la energía de activa-ción y el volumen de activación no sepueden justificar técnicamente.

La transformación de activaciónde las esporas bacterianas por lapresión

La transformación de activación induceuna joroba en la curva de inactivación yen ciertas condiciones conduce a resulta-dos que indican que la presión aparente-mente protege a las esporas en vez dedañarlas. Con el fin de contar con unadescripción matemática efectiva y com-pleta, es necesario incorporar la transfor-mación de inactivación en el modelo co-

rrespondiente. Finalmente, es necesariocombinar los efectos de la activación y lainactivación de las esporas bacterianaspara poder describir la dinámica de la po-blación de esporas durante los procesosde alta presión y temperatura (9).


77

Gráficas mostrando que el modelo matemático describe la inactivacion de las esporas bacterianas apro-piadamente. Rodríguez et al, 2004.

Rodríguez et al, 2005.

La combinación de activación e inactiva-ción de las esporas durante la esteriliza-ción conduce a modelos matemáticosque describen la dinámica de la pobla-ción de esporas durante la esterilización.Este nivel de comprensión es muy impor-tante para apoyar el trabajo práctico dedesarrollo y verificación de los procesosesterilización.

Sin embargo, es claro que es posible ob-tener productos seguros sin pasar por unproceso teórico detallado. Esta alternati-va corresponde al desarrollo empírico delos procesos de esterilización en contras-te con el diseño de los mismos a partir delconocimiento teórico.

El desarrollo de un procesode esterilización comercialtérmica usando alta presión(Pressure Assisted ThermalSterilization o PATS)PATS es un proceso en el que los requisi-tos legales establecidos para la esteriliza-ción comercial de productos de baja aci-dez son satisfechos con la ayuda de laalta presión.

La presión se usa para manipular la tem-peratura y satisfacer los requisitos delegalidad microbiológica y térmica (Fo).Dos ventajas impresionantes son que elproceso es comparativamente muy bre-ve, y que cuando la presión se libera, seconsigue un enfriamiento del orden de a-proximadamente 30 °C de manera prác-ticamente instantánea en toda la cargadel esterilizador.

En PATS no se toma ventaja de la contri-bución de la presión a la letalidad del pro-ceso. NCFST recibió una LONO de la FDAen febrero de 2009 que lo autoriza a laproducción de puré de papas en bolsasflexibles para consumo humano. Este esun logro especial que esperamos abra la


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Modelo matemático del sistema que incluye activa-ción e inactivación simultáneamente.

Gráfica mostrando que el modelo matemático des-cribe apropiadamente curvas con una “joroba”inducida por la activación de las esporas.

Figura mostrando el uso del análisis de las distribu-ciones (12) para establecer el tiempo de exposiciónrequerido para garantizar una Fo mínima de tresminutos.

El correspondiente modelo matemático es:

Las ecuaciones de respuesta isotérmica/isobárica son:

Minutos para alcanzar un tratamiento F0 de 3 minutos

C. botulinum 110 ºC, 680 mPa

puerta a un desarrollo efectivo de proce-sos industriales que aprovechen las ven-tajas de PATS tales como muy alta calidadorganoléptica y nutricional.

Proceso de esterilizacióncomercial por alta presiónEl paso siguiente desde el punto de vistatécnico-legal es el desarrollo de un proce-so que tome ventaja de la contribución dela presión a la letalidad. Será necesario

generar suficiente información respecto ala seguridad de los productos y procesoscomo para conseguir que se permita suuso para producir alimentos para consu-mo humano. NCFST ha iniciado un pro-yecto en colaboración con varios miem-bros de la industria para desarrollar la tec-nología necesaria para llevar a la prácticaeste concepto de gran potencial técnico yeconómico.

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Figura mostrando el análisis estadístico con los da-tos normalizados.

Figura mostrando la esterilización por medio dePATS.

Figura mostrando otro aspecto de la esterilizaciónpor medio de PATS.

Vasija de altapresión (Quintus)de 35 L enoperación para larealización de unciclo deesterilización.

Minutos para alcanzar un tratamiento F0 de 3 minutos

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IntroducciónLa homogenización a alta presión (tam-bién llamada alta presión dinámica) esuna nueva tecnología que actualmente seestudia en las áreas alimentaria y farma-céutica con la finalidad de inactivar micro-organismos, enzimas y virus (Moroni et al,2002; Vachon et al, 2002; Diels et al,2005; Hayes et al, 2005; Picart et al,2006; Briñez et al, 2006), así como frag-mentar partículas en dispersiones y emul-siones (Floury et al, 2000; Keck & Muller,2006). Cuando las presiones que se utili-zan se encuentran en el margen com-prendido entre 200 y 400 MPa se conocecomo Ultra Homogenización a Alta Pre-sión (UHPH). Varios estudios se han reali-zado sobre la UHPH para su aplicación enel procesado de alimentos, como leche,productos lácteos y licuados vegetales fi-nanciados por proyectos de la UniónEuropea y el Plan Nacional. Esta tecnolo-gía consigue una más eficiente reduccióndel tamaño de partícula que la homoge-nización clásica, con la ventaja de reduc-ción de la carga microbiana (Hayes &Kelly, 2003; Thiebaud et al, 2003; Briñezet al, 2006). La homogenización clásica,que se utiliza como proceso estándar enlas industrias láctea, farmacéutica y cos-mética para reducir el tamaño de partícu-la, opera a presiones entre 20-60 MPa. Enestas industrias se utilizan homogeniza-dores convencionales que en algunoscasos pueden llegar hasta los 100 MPa,

para incrementar la estabilidad de emul-siones previniendo el cremado y la coales-cencia. La homogenización clásica con-siste en forzar el paso de un fluido a tra-vés de una válvula de aproximadamente100 a 300 µm. Una de las innovacionesrecientes en el diseño de homogenizado-res consiste en incrementar la presión.Esto se ha conseguido principalmentedebido a los avances recientes en la cien-cia de los materiales. En los campos de laquímica, farmacia, biotecnología y ali-mentación se utiliza la homogenización aalta presión para la disrupción celular, laobtención de emulsiones estables, lananoencapsulación, la dispersión y elmezclado y procesado de productos. LaUltra Homogenización a Alta Presión(UHPH) a presiones superiores a 200 MPaes motivo de intensos estudios actual-mente en Estados Unidos y Europa. Demomento solamente se utiliza en in-vestigaciones y en la búsqueda de nuevosdesarrollos. El incremento de los nivelesde presión permite la reducción del tama-ño de partícula de las emulsiones a nanó-metros, dando la posibilidad de obtenermicronanoemulsiones. Esto mejora la vidaútil de los productos obtenidos hacién-dolos estables más largo tiempo. Debidoa que se produce disrupción celular y des-trucción de microorganismos simul-táneamente, se produce un efecto higié-nico positivo cuando se tratan determina-dos fluidos incluyendo alimentos (Mid-

Homogenización a altas presiones.Tecnología y aplicacionesDr. Buenaventura Guamis López y Dr. Tomás López Pedemonte


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delberg, 1995; Pandolfe and Kinney,1998; Floury et al, 2002; Miller, 2002;Thiebaud et al, 2003; Floury et al, 2004a).Básicamente, un ultra homogenizadorconsiste en un generador de alta presióny una válvula diseñada específicamentepara trabajar a muy altas presiones. El flui-do procesado pasa a muy alta presión auna sección donde se encuentra la válvu-la y sale a través del espacio que quedalibre entre el cabezal y el asiento (Paquin,1999). Teniendo en cuenta las publicacio-nes realizadas sobre homogenizaciónconvencional de leche hasta 100 MPa(Middelberg, 1995; Pandolfe, 1999;Miller, 2002), y teniendo en cuenta losprocesos físicos responsables de la disrup-ción de glóbulos grasos y de microorga-nismos en los homogenizadores clásicosde alta presión (APV-Gaulin, Rannie), enlos diseños clásicos de válvulas el fluido esalimentado de manera axial en el asientoy después acelerado radialmente a unapequeña zona situada entre el asiento y elcabezal. Después el fluido sale de la válvu-la por un resquicio (10-30 µm) y choca demanera axial con un anillo de impactoantes de llegar de nuevo a presión baja(Kleinig and Middelberg, 1997). StanstedFluid Power, empresa fabricante de equi-pos de UHPH ha modificado esta configu-ración alcanzando presiones de hasta 400MPa, desde el año 2006. Las válvulasdiseñadas por esta empresa son de mate-rial cerámico. La geometría de estas válvu-las ha sido modificada comparada con lasválvulas clásicas (APV-Gaulin). El fluido esalimentado axialmente a lo largo de laparte móvil y después acelerado radial-mente entre la parte del asiento y el cabe-zal. El tamaño de la ranura por dondepasa el fluido es entre 2,5 y 2,0 µm y la

velocidad resultante depende de la pre-sión conseguida entre la válvula y elmecanismo de contrapresión, el cual per-mite su ajuste. La presión conseguida enel fluido es la presión de homogenización(Floury et al, 2004a and 2004b). La UHPHpuede ser utilizada para obtener emulsio-nes muy finas, conseguir la disrupción decultivos microbianos densos, obtenermetabolitos celulares, inactivar bacterió-fagos y modificar propiedades funciona-les de hidrocoloides (Middelberg, 1995;Bury et al, 2001; Floury et al, 2002;Geciova et al, 2002; Hayes et al, 2005).En aplicaciones en alimentos se utilizapara incrementar la estabilidad y las pro-piedades físico-químicas de licuados ve-getales, incrementar el rendimiento y me-jorar las propiedades reológicas y de coa-gulación de la leche, así como reducir lacarga microbiana y controlar la agrega-ción de las proteínas séricas (Cruz et al,2007; Serra et al, 2006; López-Pede-monte et al, 2006; Picart et al, 2006;Gràcia et al, 2007).

Inactivación demicroorganismos

Cuando se aplica la UHPH a un fluido quecontiene microorganismos algunos de

estos son inactivados durante la etapa decompresión, pero la mayoría son destrui-dos por el proceso completo. Al pasar elfluido a través del espacio estrecho de laválvula de alta presión, la descompresiónrepentina, torsión y fuerzas de estrés, tur-bulencia, impacto, fenómenos de cavita-ción, ondas de choque y el incremento detemperatura, actúan sobre las bacterias(Middelberg, 1995; Thiebaud et al, 2003;Diels et al, 2005a). La inactivación se veafectada por: la composición de la paredcelular de las bacterias (Middelberg, 1995;Geciova et al, 2002; Wuytack et al, 2002);forma del microorganismo (Saboya et al,2003; Moroni et al, 2002); temperaturade entrada (Vachon et al, 2002; Briñez etal, 2006a and 2006b; Diels et al, 2004);nivel de presión y número de pases(Moroni et al, 2002; Vachon et al, 2002;Wuytack et al, 2002; Thiebaud et al,2003; Diels et al, 2005a; Picart et al,2006); viscosidad del fluido (Floury et al,2004b; Diels et al, 2004); carga inicial(Vachon et al, 2002; Moroni et al, 2002;Diels et al, 2005b); sustrato y actividad delagua (Diels et al, 2005a; Vachon et al,2002; Briñez et al 2006a and 2006c); pre-sencia de inhibidores (Vanini et al, 2004;Lucci et al, 2006; Diels et al, 2005b). Losvalores típicos de inactivación de las bac-terias patógenas son aproximadamentede 3-4 log CFU/mL para tratamientos de300 MPa y es posible alcanzar niveles de 9log CFU/mL para bacterias menos resis-tentes (Wuytack et al, 2002; Diels et al,2003/2004; Briñez et al, 2006a, c and2007). Finalmente, hay poca informacióndisponible sobre la presencia de dañossubletales en microorganismos tratadospor UHPH o inactivación de esporas. Estostemas deberán ser explorados con detalle.

Se espera que las esporas sean altamenteresistentes a los tratamientos UHPH.Reducciones de aproximadamente 0,5ciclos logarítmicos de Bacillus lichenifor-mis (Tª 50 ºC, 200 MPa, Microfluidizer)fueron reportados por Feijoo et al (1997).

Tratamientos UHPH de la leche

De acuerdo con Picart et al (2006), parauna temperatura de entrada (Tin) de 24ºC y un tratamiento de 100 MPa, la dis-tribución de tamaños de los glóbulos gra-sos cambia de un sistema dimodal (3,31µm el tamaño de pico principal hastaalrededor de 1 µm para leche cruda) a unsistema multimodal (0,63 y 0,16 µm lospicos principales). Los tratamientos UHPHinducen a un progresivo descenso del ta-maño a 200 y 250 MPa. El aumento de lapresión hasta 300 MPa causa un incre-mento del pico de 0,16 µm a expensasdel de 0,63 µm. El diámetro de los glóbu-los grasos < 0,36 µm representan el 78%y el 93% del volumen total a 200 y a 300MPa, respectivamente. También confirmóla presencia de glóbulos grasos muy pe-queños de 40-60 nm. No fueron observa-dos agregados grasos en esas experien-cias. La aplicación de 200 MPa variospases seguidos disminuyó el diámetromedio y también redujo la distribución detamaños. Conclusiones similares fueronreportadas por Hayes and Kelly (2003a) yHayes et al (2005). El uso de una segundaetapa (10% de presión de la 1.ª etapa)podría evitar la recoalescencia de los gló-bulos grasos rotos que no se han cubier-to de proteínas (Hayes and Kelly, 2003a).

La temperatura de entrada de la lechetiene un efecto significativo en la reduc-

Homogenización a altas presiones. Tecnología y aplicaciones

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ción del tamaño de glóbulo. Esto fue des-crito por Thiebaud et al (2003) y Hayesand Kelly (2003) y confirmado por Dattaet al (2005) que establecieron que latemperatura de entrada de la leche esdeterminante en el tamaño de glóbuloresultante.

La leche desnatada sometida a una ho-mogenización convencional de dos etapas(Tin 50 ºC, APV 1.000, APV homogenisersAS, Albertslund, Denmark) y a un trata-miento de alta presión homogenización apresiones ≤ 150 MPa (5-7 ºC Tin, ‘nm-GEN’ 7.400H, Stansted Fluid Power, Essex,UK) no presentó cambios en el tamaño dela micela de caseína, pero hubo unareducción del 5% a presiones por encimade 150 MPa (entre 180,75 nm y 170,65nm) (Hayes and Kelly, 2003a). Sandra andDalgleish (2005) describieron que nohubo cambios significativos en el tamañode las micelas de caseína como resultadode un tratamiento con una etapa a 41MPa (Tin 25 ºC, Emulsiflex C-5, Avestin,Canadá), pero incrementando la presión a186 MPa disminuía significativamente eltamaño. También obtuvieron el mismo e-fecto pasando la muestra varias veces enlas mismas condiciones. De acuerdo conlos autores, en la UHPH hasta 200 MPaparece que se afecta parcialmente la su-perficie de las caseínas κ y αs1, pero no serompen completamente las micelas (alcontrario de los tratamientos por altaspresiones hidrostáticas, HHP).

El efecto sobre las proteínas séricas estásujeto a algunas controversias. Hayes andKelly (2003a), no obtuvieron desnaturali-zación significativa en proteínas séricassometidas a tratamientos UHPH de una odos etapas (Tin 5-7 ºC, a presiones hasta225 MPa). Cuando la temperatura de en-

trada (Tin) alcanza hasta 45 ºC se puedeobservar la desnaturalización de las pro-teínas séricas, siendo más extensiva ladesnaturalización de la β-lactoglobulinaque la de α-lactalbúmina. Comparandocon los valores publicados, la desnaturali-zación por UHPH parece ser mayor que lacausada por los tratamientos térmicos(Hayes et al, 2005). Datta et al (2005)confirmaron estos resultados y probaronque para temperaturas de salida ≤ 65 ºCno se observó la desnaturalización de laβ-lactoglobulina. La α-lactalbumina nofue desnaturalizada en ninguna muestra.Dispersiones de aislado de proteína séricaconteniendo 6% o 10% (w/w) de prote-ína a pH 6,5 fueron procesadas utilizan-do un equipo de UHPH de 15 L/h con en-friamiento inmediato de la muestra (Grà-cia-Julia et al, 2007). El tratamiento deUHPH no induce la agregación de proteí-nas por debajo de 225 MPa. La técnicade espectroscopia de correlación fotónica(PCS) reveló una agregación de proteínasa 250-300 MPa para ambas dispersiones.La técnica PCS (en frecuencia de númerode partículas) indicó una población deagregados a 7, 26 y 50 nm, a 250, 275y 300 MPa, respectivamente, con el 6%de proteína, mientras que se observó unadistribución monomodal de 26 nm a lasmismas presiones anteriores y 10% pro-teína, resultando una agregación contro-lada sin gelificación. El efecto de las fuer-zas mecánicas predomina sobre el efectodel calentamiento de tiempo extremada-mente corto.

La actividad de la lactoperoxidasa dismi-nuye por los tratamientos de UHPH (des-pués de tratamientos de 135, 180 y 225MPa), sobre leche cruda quedan activida-des desde 91, 34 hasta 0% (Hayes et al,


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2005). Datta et al (2005) demostraronque la UHPH produce mayor inactivaciónque diversos tratamientos térmicos. Laactividad de la plasmina decreció enmuestras tratadas a ≥ 135 MPa. Sin em-bargo, leche tratada con UHPH retuvouna parte de su actividad a temperaturasde entrada (Tin 5-7 ºC). Hayes and Kelly(2003b) y Picart et al (2006) observaronun incremento de la actividad de la fosfa-tasa alcalina para Tin 4 ºC y 200-250MPa. Esto corresponde a una temperatu-ra máxima de 58 ºC después de la válvu-la de alta presión, que puede ayudar aestablecer enlaces entre la enzima y lamembrana del glóbulo graso o modificarla estructura de la enzima haciendo luga-res activos más accesibles para el sustra-to. Por encima de 200 MPa, la inactiva-ción del 6% se debe más a fuerzas mecá-nicas que a efectos térmicos. La mayoractividad lipásica fue observada en mues-tras de leche tratadas por UHPH (240%de actividad lipásica en leche cruda paratemperaturas de salida de aproximada-mente 57 ºC). El tratamiento UHPH pro-duce la completa inactivación de la lipasacuando la temperatura de salida es ma-yor que 71 ºC (Datta et al, 2005). Pos-teriores estudios están enfocados en evi-tar la lipolisis en muestras lácteas.

El efecto en las propiedades de coagula-ción de la renina fue publicado por Hayesand Kelly (2003a): tiempo de coagula-ción, máxima firmeza de la cuajada y fir-meza del gel después de 40 minutos dela coagulación fueron estudiados a tem-peraturas de entrada de 5-7 ºC, y presio-nes hasta 225 MPa. En general los valo-res disminuyen o aumentan respectiva-mente después del tratamiento UHPHcon simple o doble etapa (10% de pre-

sión de la primera etapa). Más reciente-mente, Zamora et al (2006) llegan a laconclusión de que los tratamientos conuna etapa a 200 y 300 MPa mejoran laspropiedades de coagulación de la leche(tiempos de coagulación con renina me-nores o iguales a las leches cruda o pas-teurizada-homogenizada incrementandoel rango de firmeza de la cuajada y de lafirmeza después de 30 minutos compara-da con la leche cruda). El rendimiento y elcontenido en humedad de las cuajadasobtenidas con leches tratadas UHPH fue-ron mayores que los de la leche cruda,homogenizada-pasteurizada o pasteuri-zada simplemente. El contenido en suerode α-la y β-lg disminuye considerablemen-te con respecto a la leche cruda, pasteu-rizada o homogenizada-pasteurizada.Este incremento de la presencia de prote-ínas séricas en las cuajadas puede expli-car el alto contenido de humedad de lascuajadas obtenidas.

El efecto de la UHPH sobre la coagula-ción ácida de la leche fue estudiado porSerra et al (2007) para su posible utiliza-ción en la elaboración del yogur, compa-rado con el proceso utilizado habitual-mente en la industria. Leche a diferentestemperaturas de entrada (30 ºC ó 40 ºC)fue sometida a tratamientos a 100, 200ó 300 MPa (una etapa) y 130, 230 ó 330MPa (dos etapas). La leche tratada a 300ó 200 MPa presentaron geles más fuer-tes en la coagulación, mayores firmezasde gel en los análisis de textura, menossinéresis y menor acidez tritable, compa-radas con la leche enriquecida con el 3%de leche desnatada y sometida a proce-so convencional.

Estudios sobre inactivación microbianafueron publicados por Thiebaud et al


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(2003). Los autores trataron leche bovinaentera procedente de una granja local auna temperatura de entrada de 4, 14 y24 ºC (FPG7400 H, Stansted Fluid PowerLtd., Essex, UK). Los tratamientos UHPH apresiones de 200 MPa a temperaturas deentrada de 24 ºC produjeron reduccionessimilares a las obtenidas pasteurizando a30 min y 63 ºC) y consiguieron reduccio-nes de al menos 3 ciclos-log aplicando300 MPa. Sin embargo, se observó uncambio en la distribución de poblacionescon respecto a la leche cruda. Las mues-tras tratadas a 200 MPa presentaron unapoblación halotolerante mayor y unapoblación psicrotrófica menor. Las lechestratadas a 300 MPa presentaron una po-blación bacteriana halotolerante y termo-resistente. Picart et al (2006) obtuvieronsimilares niveles de inactivación para losrecuentos de bacterias totales. Pereda etal (2006) también obtuvieron aproxima-damente una reducción de 3 ó 4 ciclossobre los recuentos de bacterias totalespara temperaturas de entrada de 30 y40 ºC, respectivamente, los recuentosde psicrotrofos y Lactococcus presenta-ron reducciones similares. Los coliformes,Lactobacilli y Enterococci fueron comple-tamente destruidos por los tratamientosde UHPH. La leche UHPH obtenida y sinenvasado aséptico obtuvo una vida útilen refrigeración de 18 días.

Efecto de la UHPH sobre loszumos de frutas

Los zumos de frutas y vegetales en gene-ral han sido reconocidos como causa denuevas enfermedades emergentes. Losfactores que han contribuido se deben aque son productos primarios agrícolas sin

tratar, que pueden ser contaminados poranimales o desechos humanos y consu-midos sin haber sido procesados paradestruir los patógenos asociados. Lasaltas temperaturas de pasteurización im-pactan negativamente en la calidad nutri-cional y sabor de los zumos. El consumi-dor demanda cada vez más alta calidad,productos libres de aditivos, mínimamen-te procesados, nutritivos y similares a losfrescos. En estudios previos utilizando e-quipamiento poco desarrollado, se hanobtenido resultados prometedores, talescomo inactivación microbiana y enzimáti-ca y estabilidad en los productos. Peroesos estudios son incompletos y no pro-fundizan lo suficiente. En ellos no se haevaluado ningún cambio nutricional niorganoléptico. El potencial de la UHPHcomo alternativa a la pasteurización porel calor para la destrucción de patógenosen alimentos ha sido demostrado en tra-tamientos sobre la leche (Kheadr et al,2002; Vachon et al, 2002; Briñez et al,2006a and 2006b). También se han con-seguido reducciones importantes sobreE. coli O157:H7 y L. innocua inoculadosen zumo de naranja.

Efectos sobre licuadosvegetales

En tratamientos por UHPH a 200 y 300MPa se han conseguido reducciones derecuentos iniciales, esporas y enterobacte-rias. Los análisis de tamaño de partículaevidencian la intensa reducción de ta-maño causada por el tratamiento UHPH,también se ha detectado la formación deagregados a 300 MPa. Mediante técnicasde calorimetría diferencial se ha demos-trado que las proteínas de soja son par-


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cialmente desnaturalizadas a 200 MPa,mientras que tratamientos a 300 MPapresentan los mismos niveles de desnatu-ralización que los obtenidos en el licuadode soja UHT (Cruz et al, 2007).

UHPH y las formulacioneslíquidas basadas en leche,zumos de frutas y licuadosvegetalesPreparados a base de bebidas líquidas sondestinados habitualmente para el consu-mo de enfermos o personas ancianas condificultades de deglución. Cada dosis de200 cc provee la energía necesaria de unacomida y son habitualmente presentadascomo productos en polvo o líquidos UHTenvasados en envases asépticos. El proce-sado por UHPH podría pues reducir aditi-vos consiguiendo la estabilidad del pro-ducto sin cambiar el valor nutritivo, per-mitiendo su distribución.

Preparación de nanoemulsionesmediante UHPH

La incorporación de componentes bioac-tivos (también componentes nutracéuti-cos) tales como vitaminas, péptidos bioac-tivos, antioxidantes, prebióticos, agentesanti-microbianos, agentes aromáticos,dentro de las matrices de los alimentos, esuna vía para el desarrollo de nuevos ali-mentos con beneficios nutricionales ofuncionales. Las proteínas tienen propie-dades únicas que les permiten formar ge-les y emulsiones (las propiedades tecno-funcionales de las proteínas han sido bienestablecidas en los últimos 15 años) (Dic-kinson, 2003; Walstra, 2003). Tambiénson importantes por ser un material ideal

para encapsular componentes bioactivosactuando como sistemas de protección yliberación (Chen, 2006).

Las emulsiones se definen como sistemasdonde al menos dos fluidos inmisciblespróximos están dispersos uno en otro enforma de gotas (fase dispersa) sobre unafase continua. Para ser termodinámica-mente estables, estos sistemas necesitanla presencia de un surfactante (o emul-gente) para disminuir la tensión interfasialen la interfase aceite en agua (O/W).(Walstra, 2003; Mc Clements, 2004). Nu-merosos alimentos y cosméticos son siste-mas emulsionados (desde la leche, salsas,aliños hasta lociones y cremas de belleza).Moléculas tensoactivas pueden ser macro-moléculas, como proteínas que se en-cuentran en algunos alimentos naturaleso procesados, o muchas otras moléculasde menor peso molecular que se añadena alimentos o cosméticos como fosfolípi-dos, mono/diglicéridos, polisorbatos y sor-bitan (Tween®, Span®), etc. La habilidad delas proteínas para interaccionar con lasinterfases es consecuencia de su carácteranfifílico, flexibilidad y habilidad de absor-ber, enlazar y desenlazar con la interfaseO/W para formar capas viscoelásticas, re-duciendo la energía libre del sistema y latensión interfasial (Dickinson & McCle-ments, 1996; Damodaran, 1997). En la in-terfase O/W, las proteínas permiten la for-mación de un film viscoelástico que prote-ge las gotitas en contra de la coalescencia,limitando la difusión de los componentesencapsulados, y de posibles fenómenosde oxidación. Esto es útil para la estabiliza-ción de las emulsiones alimentarias. En elcaso de las emulsiones cosméticas puedeser utilizado para estabilizarlas y desarro-llar viscosidades y texturas interesantes.


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Las proteínas también podrían mejorar suscaracterísticas hipoalergénicas. El cizalla-miento para inducir la formación de emul-siones puede ser producido por la utiliza-ción de rotores-estatores, alta presión,membranas o ultrasonidos (Schubert et al,2003; Schultz et al, 2004). Es posible dis-tinguir entre procesos continuos y discon-tinuos, en los que diferentes mecanismosde ruptura son responsables de provocarla disrupción de las gotas (Shultz et al,2004). Los homogenizadores de alta pre-sión son particularmente útiles para laproducción continua de emulsiones dis-persas muy finas y tienen un interés parti-cular en los campos farmacéutico, cosmé-tico y alimentario (Mehnert & Mäder,2001; Keck & Müller, 2005; Sanguansri &Augustin, 2006).

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IntroducciónLos pulsos eléctricos de alto voltaje (PEAV)son una nueva tecnología de procesadode los alimentos que consiste en la aplica-ción intermitente de campos eléctricos dealta intensidad y corta duración (µs) a unmaterial colocado entre dos electrodos(1). Estos tratamientos provocan la per-meabilización de las células tanto eucario-tas como procariotas sin apenas aumen-tar la temperatura del medio. Los efectosde los PEAV han sido estudiados en pro-fundidad debido a las numerosas aplica-ciones de esta tecnología en distintasáreas como la biología celular, la biotec-nología, la medicina y más recientementeen la tecnología de los alimentos (2-5).Las dos principales aplicaciones en estaúltima área son la inactivación microbianaa temperaturas que no afectan a las pro-piedades de los alimentos y la mejora dela transferencia de masa a través de lasmembranas celulares.

Mecanismo de acciónEs bien conocido que los tratamientosmediante PEAV provocan la permeabiliza-ción de las membranas; sin embargo, sumecanismo de acción todavía no se cono-ce con precisión. Por el momento no seha determinado cuál es la causa últimapor la que los campos eléctricos de altovoltaje provocan el fenómeno de electro-

poración que consiste en la aparición deporos en las membranas celulares.

Se han propuesto varias teorías (2, 6, 7) apartir de estudios realizados en sistemasmodelo o en células eucariotas para in-tentar explicar el mecanismo de la electro-poración. Una de las teorías más acepta-das es la llamada “teoría de la inestabili-dad electromecánica” (2). Esta teoría a-sume que la membrana celular se com-porta como un condensador en cuyo inte-rior existe un material con una constantedieléctrica baja en comparación con laconstante dieléctrica del interior de lascélulas y la del medio en el que se en-cuentran suspendidas. En estas condicio-nes, se produce un acúmulo de cargas aambos lados de la misma que genera unadiferencia de potencial de alrededor de 10mV. Al aplicar un campo eléctrico externo,el número de cargas a ambos lados de lamembrana aumenta y, por lo tanto, tam-bién lo hace el potencial transmembrana.La magnitud de este incremento está rela-cionada con la intensidad del campo eléc-trico aplicado, el diámetro de las células eincluso la orientación de las células respec-to a las líneas de fuerza del campo eléctri-co aplicado (8). El incremento de las car-gas de diferente signo a ambos lados de lamembrana provoca que aparezcan unasfuerzas de atracción electrostáticas quecomprimen la membrana (figura 1a).Cuando el potencial transmembrana ge-nerado por el campo eléctrico aplicado

Aplicaciones de los pulsos eléctricosde alto voltaje en la industria alimentariaDr. Ignacio Álvarez Lanzarote y Dr. Javier Raso Pueyo


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supera el valor de 1 voltio, la compresiónde la membrana es tan intensa que provo-ca la formación de poros (figura 1b). Elnúmero y tamaño de los poros formadosdepende de la intensidad del campo eléc-trico y del tiempo de tratamiento. Al valorumbral del campo eléctrico al que co-mienza a permeabilizarse la membrana sele denomina campo eléctrico crítico (Ec).Este campo eléctrico depende del radio dela célula y de su forma (9). Cuando elcampo eléctrico aplicado se encuentraalrededor del campo eléctrico crítico o eltiempo de tratamiento es muy corto, elnúmero y tamaño de los poros formadoses pequeño. En estas condiciones, la per-meabilización de la membrana es reversi-ble de modo que, cuando cesa el campoeléctrico, la membrana celular vuelve a suestado normal (10). El tiempo de cerradode los poros puede oscilar desde algunossegundos a minutos en células vivas. Porejemplo, en el caso de S. cerevisiae se hanestablecido tiempos de alrededor de 5minutos (11). Sin embargo, cuando se tra-

baja con sistemas modelo de membranaslos tiempos de cerrado son más prolonga-dos y oscilan desde los 30 minutos hastavarias horas (12, 13). Cuando se aplicancampos eléctricos superiores a la intensi-dad del campo eléctrico crítica o tiemposde tratamiento más largos, aumenta elnúmero y tamaño de los poros, lo queprovoca una permeabilización irreversiblede la membrana o incluso su rupturamecánica (figura 1c). Esta teoría explica laformación de poros en la membrana celu-lar de células eucariotas, donde la únicamembrana existente es la membrana cito-plasmática.

A pesar de no estar totalmente dilucidadoel mecanismo de acción de los PEAV, loque está demostrado es que su aplicaciónpuede provocar poros reversibles o irre-versibles en las membranas. La permeabi-lización reversible se está utilizando en elcampo de la biotecnología o de la inge-niería genética, siendo una herramientade mucha utilidad para permeabilizar las

Figura 1. Mecanismo de inactivación celular por PEAV (Zimmermann, 1986). “E”: intensidad del campo eléc-trico. “Ecc”: intensidad del campo eléctrico crítica.

Membrana celular

Electrodos

E<Ec E=Ec

cito

pla

sma

med

io

E>>EcPoros

A B C

células y así introducir en su interior diver-sas sustancias como proteínas, ADN, etc.o facilitar la fusión celular (electrofusión)(7). Sin embargo, las aplicaciones de estatecnología en la industria alimentariatanto para inactivar microorganismoscomo para mejorar la transferencia demasa a través de las membranas estánbasadas en la permeabilización irreversi-ble de las células (14).

Aspectos técnicos deltratamiento por PEAV

Parámetros del proceso

Los principales parámetros de procesadoque definen los tratamientos PEAV son laintensidad de campo eléctrico, la forma yanchura del pulso, el número de pulsos,el tiempo de tratamiento, la frecuencia,la energía específica, la resistencia delmedio de tratamiento y la temperatura.Entre ellos, la intensidad del campo eléc-trico, el tiempo de tratamiento y la ener-gía específica son los parámetros funda-mentales en la aplicación de los procesospor PEAV.

Intensidad del campo eléctrico

La intensidad de campo eléctrico (E) es ladiferencia de potencial (V) existente entrelos dos electrodos dividida por la distan-cia (d) entre los mismos.

E = V/d

donde E se suele expresar en kV/cm.

Es un parámetro fundamental del proce-so, ya que se ha visto que cuando au-menta su intensidad, también lo hace elefecto producido en la permeabilizaciónde las envolturas celulares. La intensidad

de campo eléctrico necesaria para per-meabilizar las membranas de célulaseucariotas es bastante más baja que lanecesaria para inactivar microorganis-mos. La diferencia en el tamaño celularprovoca que para conseguir inactivar mi-croorganismos por esta tecnología seanecesario aplicar intensidades de campoeléctrico superiores a los 10 kV/cm, y si sequieren aplicar tratamientos para conse-guir una inactivación microbiana su-ficiente que garantice la seguridad de losalimentos se requieren intensidades decampo eléctrico superiores a los 25 kV/cm(15). Para permeabilizar células eucario-tas para mejorar la transferencia demasa, intensidades de campo eléctricoinferiores a 10 kV/cm son suficientespara crear poros irreversibles en lasmembranas.

Tiempo de tratamiento

El tiempo en el que el alimento está so-metido a un campo eléctrico de altaintensidad viene determinado por elnúmero de pulsos aplicados y la anchuradel pulso aplicado. La anchura del pulsoestá condicionada por la forma del mis-mo. Los dos tipos de pulsos más común-mente usados en los tratamientos sonpulsos de onda cuadrada y pulsos decaída exponencial monopolares (16) (fi-gura 2). Existe un tercer tipo, los pulsosbipolares, pero debido a que para que sepuedan aplicar son necesarios equiposmucho más complejos, su utilización esmenor.

Desde un punto de vista práctico, los pul-sos de onda cuadrada son más adecuadosque los de caída exponencial. Los estudiosbásicos de permeabilización de membra-na por PEAV deberían realizarse con pul-

Aplicaciones de los pulsos eléctricos de alto voltaje en la industria alimentaria

95

sos de onda cuadrada, ya que la defini-ción de la intensidad de campo eléctrico yel tiempo de tratamiento es más precisacuando se usa este tipo de pulsos. En lospulsos de onda cuadrada, prácticamentetoda la energía eléctrica utilizada se aplicaal máximo voltaje seleccionado (17, 18).

En pulsos de caída exponencial, una vezalcanzado el máximo voltaje, éste va dis-minuyendo exponencialmente a lo largodel tiempo, por lo que parte de la energíautilizada se aplica a un voltaje que notiene ningún efecto aparente. Se trata,por tanto, de una energía eléctrica queúnicamente contribuye al calentamientodel producto tratado. En los pulsos deonda cuadrada toda la energía eléctricase aplica al máximo campo eléctricoalcanzado durante toda la duración delpulso. Por lo tanto, en los pulsos de ondacuadrada la anchura de pulso es el tiem-po durante el que se aplica el campo eléc-trico máximo, mientras que en los de

caída exponencial, la anchura de pulso sedefine como el tiempo en el que el campoeléctrico disminuye hasta el 37% de suvalor máximo (19).

Como se ha indicado anteriormente, eltiempo de tratamiento necesario paraprovocar la permeabilización de las mem-branas celulares depende de la intensi-dad de campo eléctrico aplicado. Porejemplo, Bouzrara y Vorobiev (20), obser-varon que en un tratamiento a 0,04kV/cm se necesitaban 200 segundos parapermeabilizar las membranas, mientrasque a 10 kV/cm, únicamente se necesita-ron 5 µs. En general, se observa que tra-tamientos de alta intensidad y cortostiempos de tratamiento son más efecti-vos que los de baja intensidad y largaduración.

Energía específica

La energía específica es un parámetro encuyo valor se integran varios parámetros


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Figura 2. Tipos de pulsos utilizados en los sistemas de generación de PEAV. (A) Pulso de onda cuadrada; (B)Pulso de caída exponencial.

(A) (B)

Tiempo (µs) Tiempo (µs)

Cam

po

(kV

/cm

)

Un

idad

1.0

00 x

V/c

m

del tratamiento, como la resistencia de lacámara de tratamiento, que depende desus dimensiones y de la conductividad delalimento, la intensidad del campo eléctri-co y el tiempo de tratamiento. El empleode este parámetro resulta especialmenteútil cuando se utilizan pulsos de caídaexponencial ya que como se ha indicadocon este tipo de pulso ni la medida deltiempo de tratamiento ni de la intensidaddel campo eléctrico son precisas. De he-cho, se ha propuesto su uso para carac-terizar los tratamientos cuando se utilizaneste tipo de pulsos. Sin embargo, a pesarde que en el cálculo de la energía especí-fica se considera la influencia de la inten-sidad del campo eléctrico, cuando se uti-liza este parámetro para definir un deter-minado tratamiento es necesario indicarademás la intensidad del campo eléctricoaplicado. Cuando se comparan trata-mientos de la misma energía específica seha observado que son más eficaces aque-llos aplicados a una intensidad del campoeléctrico mayor (21, 22).

La energía (W) aplicada en un tratamien-to PEAV viene definida por la siguienteexpresión:

donde R es la resistencia eléctrica de lacámara de tratamiento, V es el voltajeaplicado y t la duración del pulso.

El conocimiento de la energía específicadel tratamiento es además interesantepara conocer los requerimientos energé-ticos del equipo, para estimar el costedel procesado y para comparar desde elpunto de vista de gasto energético esta

tecnología con otras tecnologías de pro-cesado.

Equipo de generación de PEAV: principalescomponentes

Básicamente, para generar PEAV es nece-saria la carga de un condensador con co-rriente eléctrica continua por medio deun generador eléctrico de alto voltaje, ysu descarga intermitente en intervalos detiempo del orden de microsegundos enuna cámara de tratamiento. Los equiposademás suelen disponer de un sistema decontrol que regula el funcionamiento detodos los componentes y de un sistemade toma de los principales parámetrosque caracterizan estos tratamientos.

Generador de PEAV

El generador de pulsos eléctricos de altovoltaje está constituido por un generadorde corriente eléctrica continua de altovoltaje, un condensador y un interruptor(figura 3).

El generador de corriente eléctrica conti-nua transforma la corriente alterna de lared eléctrica en corriente continua con la


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Figura 3. Esquema básico de un sistema de gene-ración de PEAV.

que se carga el condensador. El conden-sador, o condensadores, son el almacénde energía eléctrica que se descargará enla cámara de tratamiento a través del inte-rruptor. El interruptor controla el paso dela corriente eléctrica desde el condensa-dor a la cámara de tratamiento.

El tipo de interruptor que utiliza un equi-po de generación de PEAV determina laconfiguración eléctrica y las característicasdel resto de los componentes del equipo.Básicamente, hay dos tipos de interrupto-res, aquellos que una vez abiertos permi-ten interrumpir el paso de la corrienteeléctrica, y aquellos que no son capacesde hacerlo tras su apertura. Los primerospermiten la descarga parcial del conden-sador y dan lugar a pulsos de onda cua-drada. Los segundos provocan la descar-ga total del condensador y dan lugar apulsos de caída exponencial.

Como se ha indicado anteriormente, lospulsos de onda cuadrada son más ade-cuados que los pulsos de caída exponen-cial, pues permiten tener un mejor cono-cimiento tanto de la intensidad de campoeléctrico como del tiempo de tratamientoaplicado. Sin embargo, los primeros inte-rruptores desarrollados para la aplicaciónde pulsos de onda cuadrada no permitíantrabajar con voltajes muy elevados. Ellolimitaba el empleo de los pulsos de ondacuadrada a equipos de laboratorio. Paraequipos más potentes era necesario elempleo de pulsos de caída exponencial.Sin embargo, en los últimos años se handesarrollado interruptores capaces degenerar pulsos de onda cuadrada de vol-tajes elevados (1). Por ello, en la actuali-dad la mayoría de los equipos a escala deplanta piloto o incluso de producciónindustrial utilizan este tipo de pulsos.

Cámara de tratamiento

La cámara de tratamiento es el lugardonde se localiza el producto para su tra-tamiento. Básicamente, consta de doselectrodos, uno de ellos conectado alcondensador a través del interruptor y elotro, a tierra. Los electrodos se encuen-tran separados por un material aislante auna distancia que suele oscilar entre 1-50mm. Debido a que muchas de las caracte-rísticas del resto del equipo vienen defini-das por las dimensiones y característicasde la cámara de tratamiento, éstas hansido estudiadas ampliamente en lo refe-rente a su diseño, geometría, material deconstrucción, etc.

Los materiales con los que se fabricantanto los electrodos como el aislante nodeben interaccionar con el producto, ydeben poderse limpiar con facilidad eincluso esterilizar (19). Algunos de losmateriales recomendados para la fabrica-ción de los electrodos son el acero inoxi-dable o el grafito, mientras que para elaislante, cerámicas o polímeros plásticos.Bushnell y col (23) consideran más ade-cuados para la construcción de los elec-trodos o para su recubrimiento ciertosmateriales inertes desde un punto de vistaelectroquímico, como el oro, el platino oel carbono.

Los diseños de las cámaras de tratamien-to han sido muy variados, generalmentelos electrodos utilizados son de superficieplana. Sin embargo, algunos autores (24)han utilizado electrodos con otras geome-trías, como en forma de aguja, un alam-bre o discos planos.

El diseño de la cámara de tratamiento,fundamentalmente la geometría de suselectrodos, es de gran importancia para


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conseguir intensidades de campo eléctri-co elevadas y uniformes. Por ello, en oca-siones para su creación se han utilizadoprogramas informáticos especiales quesimulan la distribución de la intensidaddel campo eléctrico en su interior (25, 26).Generalmente, las cámaras de tratamien-to de electrodos paralelos son las que per-miten obtener una distribución del campoeléctrico más uniforme. Sin embargo,debido a la gran superficie de los electro-dos, los requerimientos energéticos sonmás elevados. Otras configuraciones,como la colineal, requieren menos ener-gía para la aplicación de los tratamientos,pero la distribución del campo eléctrico

no es uniforme, lo que complica enorme-mente establecer el tratamiento aplicado.En la figura 4 se muestra la imagen y dis-tribución del campo eléctrico en una cá-mara de tratamiento de electrodos pa-ralelos (4A) y en una colineal (4B) en flujocontinuo.

Independientemente de la geometría delelectrodo, la cámara de tratamiento pue-de utilizarse para aplicar tratamientos es-táticos o en flujo continuo. Las cámaraspara tratamientos estáticos son más indi-cadas en equipos a escala de laboratorio,y se utilizan para realizar investigacionesbásicas. Las cámaras en flujo continuo sesuelen emplear en equipos a escala de


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Figura 4. Imagen y distribución del campo eléctrico en una cámara de tratamiento de electrodos paralelos(A) y en una colineal (B) para tratamientos PEAV en flujo continuo. La gráfica muestra la distribución delcampo eléctrico a lo largo de la zona de tratamiento.

(A)

Máx.

Máx.

Mín.

Mín.

(B)

planta piloto donde se simulan tratamien-tos a escala industrial. Otro factor queinfluye en la elección de la cámara de tra-tamiento es su resistencia, debido a quedetermina la forma del pulso y la máximadiferencia de potencial alcanzada entrelos electrodos, el calentamiento del pro-ducto al paso de la corriente y la configu-ración eléctrica del equipo. La resistenciaeléctrica de la cámara de tratamiento de-pende de sus dimensiones geométricas yde la conductividad del medio de trata-miento.

Aplicaciones de los PEAV en la industria alimentaria

Durante los últimos años se han realizadonumerosas investigaciones con el fin dedesarrollar nuevas tecnologías de proce-sado menos agresivas sobre las propieda-des de los alimentos. Una de estas tecno-logías es la de pulsos eléctricos de altovoltaje. Como se ha indicado en aparta-dos anteriores, estos tratamientos provo-can un fenómeno conocido como elec-troporación que conduce al aumento dela permeabilidad de las membranas celu-lares, tanto de células eucariotas comoprocariotas. Este efecto causado por es-tos tratamientos se está investigandopara inactivar microorganismos y pasteu-rizar alimentos a temperaturas que noafecten a las propiedades de los alimen-tos y para permeabilizar células eucario-tas con el propósito de mejorar procesosde transferencia de masa en la industriaalimentaria. Aunque las ventajas de latecnología de los pulsos eléctricos de altovoltaje para distintas aplicaciones se handemostrado tanto a escala de laboratoriocomo de planta piloto, por el momento,

sólo ha habido una aplicación industrialde esta tecnología para la pasteurizaciónde zumos de frutas (27). Sin embargo,cabe esperar que el esfuerzo que se estárealizando, especialmente, para el desa-rrollo de equipos, pronto dé sus frutos yesta tecnología se convierta en un trata-miento habitual en la industria alimenta-ria, no sólo para conservación de alimen-tos líquidos sino también como métodode mejora de la extracción de componen-tes intracelulares de interés para la indus-tria alimentaria.

Aplicación de los PEAV a laconservación de los alimentos

El método más habitual utilizado por laindustria alimentaria para la inactivaciónde los microorganismos y enzimas pre-sentes en los alimentos es el calor. Lainactivación microbiana por el calor per-mite prolongar el tiempo de conservaciónde los alimentos y obtener alimentos sa-nitariamente seguros. Sin embargo, lostratamientos térmicos pueden modificarlas características organolépticas y provo-car la pérdida de los componentes nutri-tivos termosensibles de los alimentos. De-bido a estos efectos adversos, en la ac-tualidad se está realizando un notable es-fuerzo para encontrar sistemas alternati-vos de conservación de los alimentos quesustituyan ventajosamente al calor. Entreestos nuevos sistemas de procesado delos alimentos, podemos destacar las altaspresiones hidrostáticas, los ultrasonidos,los pulsos de luz, los campos magnéticososcilantes y los pulsos eléctricos de altovoltaje (28).

La inactivación de microorganismos me-diante la aplicación de pulsos eléctricosde alto voltaje fue observada por primera


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vez por Doevenspeck (29). Estos estudiosfueron ampliados por Sale y Hamilton(30, 31), que estudiaron sistemáticamen-te el efecto de los pulsos eléctricos dealta intensidad sobre distintos microorga-nismos a finales de los años 60. Durantela década de los 80, se realizaron nuevosestudios, y en los últimos 10 años, se estáconsiderando muy seriamente el uso deesta tecnología como sistema de pasteu-rización de alimentos termosensibles.

La eficiencia de inactivación de los micro-organismos mediante PEAV depende delos parámetros del proceso, de las carac-terísticas intrínsecas del microorganismoy del medio de tratamiento. Estos facto-res que condicionan la resistencia micro-biana a los PEAV están resumidos en latabla 1.

De entre todos los parámetros del proce-so, cabe destacar como los más impor-tantes la intensidad del campo eléctrico,el tiempo de tratamiento, la energía es-pecífica y la temperatura de tratamiento.Por encima de un campo eléctrico deno-minado campo eléctrico crítico, la inacti-vación microbiana aumenta al hacerlotanto la intensidad del campo eléctricocomo el tiempo de tratamiento y la ener-gía específica (figura 5) (32-34). La aplica-

ción de tratamientos PEAV permite con-seguir a temperatura ambiente niveles deinactivación similares a los alcanzadospor tratamientos de pasteurización térmi-ca en alimentos líquidos. Sin embargo,para conseguir estos niveles se requierentratamientos muy intensos poco viablesde aplicar a nivel industrial. Así, como seobserva en la figura 5, para conseguirseis ciclos de destrucción de SalmonellaSenftenberg 775 W es necesario aplicartratamientos de 28 kV/cm, 1.000 µs y1.500 kJ/kg en condiciones estáticas.Con el fin de reducir la intensidad de lostratamientos se están desarrollando pro-cesos combinados. Una de las combina-ciones más prometedoras es la aplicaciónde pulsos eléctricos a temperaturas sub-letales, combinación que permite aumen-tar la letalidad de los tratamientos deforma sinérgica (figura 6).

Finalmente, cabe destacar, como seobserva en las gráficas de supervivenciamicrobiana a distintos campos eléctricos(figura 5), que la inactivación microbianapor PEAV no sigue la tradicional cinéticade primer orden (figura 5). Por ello seestán desarrollando modelos matemáti-cos alternativos para establecer las condi-ciones de tratamiento que aseguren una


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Tabla 1. Factores que afectan a la inactivación microbiana por PEAV.

Parámetros Características Parámetrosdel proceso microbianas del producto

Intensidad del campo eléctrico Resistencia intrínseca ConductividadTiempo de tratamiento Tamaño y forma celular pHCaracterísticas del pulso Condiciones de crecimiento Actividad de agua

(forma y anchura)Frecuencia Condiciones de recuperación Composición

TemperaturaEnergía específica


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inactivación microbiana suficiente paragarantizar la seguridad y estabilidad delos alimentos.

Las principales características intrínsecasque se han investigado en relación con laresistencia microbiana a los PEAV son: eltipo de microorganismo (esporas, bacte-rias, levaduras, mohos), características delas envolturas celulares (bacterias Gram+o Gram-), tamaño y forma del microorga-nismo, estado fisiológico (fase de creci-miento exponencial o estacionario), y lacarga microbiana inicial. De entre estosparámetros el tipo de microorganismo ylas características de las envolturas celula-res son las características que más influ-yen en la resistencia microbiana. Debidoal peculiar mecanismo de acción de estatecnología las esporas bacterianas, cuyasmembranas están protegidas por el cor-tex son resistentes a estos tratamientos.En consecuencia, esta tecnología puedeutilizarse como alternativa a los trata-mientos térmicos de pasteurización perono a los de esterilización. El tipo de envol-

turas que rodean a las membranas celu-lares de las bacterias y que determina sudiferente comportamiento a la tinción deGram también ejerce una influencia muyimportante en el comportamiento deéstas frente a los tratamientos por PEAV,especialmente, como se indica a conti-

Figura 5. Influencia de la intensidad del campo eléctrico, del tiempo de tratamiento y de la energía específi-ca aplicada en la inactivación de Salmonella Senftenberg 775 W en tampón McIlvaine de pH 7,0 por trata-mientos PEAV. Condiciones de tratamiento: intensidad del campo eléctrico: 15 kV/cm ( ), 22 kV/cm ( ) y28 kV/cm ( ). Anchura del pulso: 2 µs. Frecuencia: 1 Hz. Temperatura < 35 ºC.

Figura 6. Influencia de la temperatura inicial delmedio de tratamiento en la inactivación deEscherichia coli tratada por PEAV. Condiciones detratamiento: 40 kV/cm, 60 kJ/kg. Medio de trata-miento: zumo de manzana. Caudal: 2 l/h.

nuación, en lo referente a la influenciadel pH del medio de tratamiento en laresistencia al tratamiento (35).

Las características del medio de trata-miento también afectan a la resistenciamicrobiana a los PEAV. Como se muestraen la tabla 1, son muchos los factores de-pendientes del medio de tratamiento quese han investigado. De entre ellos, quizásel que tiene más relevancia es el pH delmedio de tratamiento. En general, se ob-serva que la flora Gram positiva es másresistente en medios de pH neutro y la flo-ra Gram negativa la más resistente en me-dios de pH ácido (figura 7) (35). Este dife-rente comportamiento indica que el mi-croorganismo de referencia para estable-cer la intensidad de los tratamientos quegarantice la seguridad de los alimentosdependerá del pH del alimento en cues-tión.

La mayor sensibilidad a los PEAV de lasbacterias Gram positivas en medios ácidosindica que los alimentos líquidos ácidoscomo los zumos de fruta serían los pro-ductos más adecuados para ser tratadospor esta tecnología. Sin embargo, la ma-yor resistencia en estos medios de las bac-terias Gram negativas podría limitar estaaplicación. No obstante, se ha observadoque las bacterias Gram negativas tratadasen medios ácidos quedan dañadas suble-talmente tras los tratamientos (36) de for-ma que cuando el zumo tratado se alma-cena durante un tiempo, estas bacteriasmueren, alcanzándose niveles de inactiva-ción adecuados para la higienización delproducto. Esta circunstancia permitiría portanto aplicar esta tecnología para el pro-cesado de zumos. Por otro lado, la exis-tencia de daño subletal debido a los PEAVabre la posibilidad de combinar esta tec-

nología con otras (por ejemplo, el uso deantimicrobianos) aumentando la eficacialetal de los tratamientos o disminuyendola intensidad de los mismos.

Las enzimas, tanto de origen endógenocomo exógeno, son otro agente de alte-ración que afecta a la estabilidad de losalimentos. En muchas ocasiones, la inten-sidad de los tratamientos térmicos estádeterminada por su resistencia al calor. Adiferencia de lo que ocurre con la inacti-vación de células vegetativas, los resulta-dos publicados sobre la destrucción deenzimas mediante esta tecnología soncontradictorios (37). Mientras que algu-nos autores han observado que se tratade un método muy eficaz para la inactiva-ción de enzimas (38), otros indican que, aligual que las esporas bacterianas, las enzi-mas son resistentes a los PEAV (39, 40).Los autores que han observado algúnefecto han indicado que la resistencia delos enzimas depende, además de la con-formación y constitución de la enzima, defactores similares a los que influyen en la


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Figura 7. Ciclos logarítmicos de inactivación de di-ferentes bacterias Gram negativas y Gram positivasen tampón McIlvaine de pH 4,0 y 7,0 tratadas a 25kV/cm y 300 pulsos.

resistencia microbiana. Algunos ejemplosde enzimas que se han inactivado en can-tidades considerables son la α-amilasa(85% de inactivación a 80 kV/cm), lipasa(85% a 87 kV/cm), y la glucosa-oxidasa(75% a 64 kV/cm), todas con un trata-miento de caída exponencial y 30 pulsosde 2 microsegundos. Sin embargo, otrascomo la fosfatasa alcalina, tras un trata-miento de 80 kV/cm y 30 pulsos, sola-mente se inactivó un 5%, o incluso enalgún caso se ha observado un incremen-to de su actividad. Este es el caso de lapepsina que tras un tratamiento de 40kV/cm y 30 pulsos aumentó su actividad2,6 veces (40). También se han observadoreducciones de la pectin metilesterasa detomate de hasta un 93,8% (41) y de lapolifenol-oxidasa de melocotón y de perade hasta un 70 y 62%, respectivamente,así como de manzana hasta un 97% (42).

Con relación al impacto de los tratamien-tos PEAV en los parámetros de calidad delos alimentos líquidos tratados por esta tec-nología, de los resultados existentes sepuede concluir que los PEAV aplicados aintensidades que permitirían pasteurizar a-limentos apenas afectan a la estabilidad delas proteínas, al contenido de vitaminas, alcolor, olor y sabor de productos como zu-mos, leche u ovoproductos (37).

En conclusión, los resultados obtenidostanto a escala de laboratorio como deplanta piloto, indican que los PEAV soneficaces para la inactivación de célulasvegetativas de microorganismos, no asílas formas esporuladas, por lo que estatecnología tendría como objetivo conse-guir la pasteurización de alimentos líqui-dos. Por otro lado, la falta de eficaciasobre muchas enzimas requiere que paraprolongar la vida útil de los alimentos

líquidos tratados por esta tecnologíacomo leche, huevo líquido o zumos defrutas se combine con su almacenamien-to en refrigeración. De entre todos los ali-mentos líquidos, los zumos de fruta pare-cen los productos más indicados paraesta tecnología por distintas razones. Porun lado, las propiedades sensoriales demuchos de ellos se ven muy afectadaspor los tratamientos térmicos; por otro,su bajo pH impide la germinación de lasesporas bacterianas. Finalmente, su con-ductividad es muy adecuada para aplicartratamientos de una intensidad elevadacon un gasto energético moderado.

Aplicación de tratamientosPEAV a procesos detransferencia de masa

En los años 80, la tecnología de los PEAVse comenzó a utilizar de forma generali-zada en el campo de la biología celularcon distintos objetivos como la transfe-rencia de genes, la electrofusión de célu-las o la electroinserción de proteínas den-tro de las membranas celulares (43). Perono fue hasta los años 90 cuando se co-menzó a investigar en profundidad la apli-cación de los PEAV para mejorar procesosde transferencia de masa en la industriaalimentaria. Fundamentalmente, estos es-tudios han sido realizados por el grupo deinvestigación del Dr. Knorr en la Univer-sidad Técnica de Berlín y por el grupo deinvestigación del Dr. Vorobiev en la Uni-versidad de Tecnología de Compiègne.

La mayoría de las investigaciones en lamejora de los procesos de transferenciade masa se han centrado en procesos deextracción tanto por difusión como porpresión de compuestos de interés para laindustria alimentaria como azúcar, colo-


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rantes naturales, polifenoles, etc. (44-49).La aceleración de los procesos de deshi-dratación, tanto por aire caliente comopor osmótica, así como la mejora de laposterior rehidratación también han sidoinvestigados (43). Además de estos estu-dios aplicados, también se han realizadonumerosos trabajos encaminados al desa-rrollo de modelos matemáticos que ayu-den a comprender los principales factoresque influyen en el proceso, al efecto delos tratamientos sobre las propiedades fí-sicas de los alimentos y para comprenderlos mecanismos de acción de esta tecno-logía y así poder optimizar los procesos detransferencia de masa (50-53). A modode ejemplo del efecto de los tratamientosPEAV en la extracción de compuestosintracelulares de interés en la industria ali-mentaria, en la figura 8 se muestra lainfluencia de la intensidad del campo e-léctrico en la cantidad de betalaina (colo-rante alimentario E-162) extraída a partirde remolacha roja tratada por PEAV y enla figura 9 el aspecto del mosto tras unahora de maceración procedente de holle-

jos de uva garnacha tratados por distintostratamientos PEAV.

Equipo y coste del procesoA principios de los años 90, los estudiossobre la tecnología de los pulsos eléctri-cos de alto voltaje en la industria alimen-taria se centraron fundamentalmente enla pasteurización de alimentos líquidossensibles al calor, debido a su capacidadpara la inactivación de microorganismos atemperaturas inferiores a las utilizadas enel procesado térmico (54). Para conseguirun nivel de inactivación suficiente, quegarantice la seguridad microbiológica delos alimentos, se requieren intensidadesde campo eléctrico superiores a los 25kV/cm, lo que encarece considerablemen-te los equipos y aumenta el gasto energé-tico (15). Debido a que las células eucario-tas tienen un mayor tamaño que las pro-cariotas, la permeabilización por PEAVrequiere la aplicación de campos eléctri-cos inferiores a los 10 kV/cm. Como con-secuencia, tanto el coste de los equiposcomo los requerimientos energéticos delproceso son mucho menores. En la tabla2, se comparan las características y loscostes de un equipo para la permeabiliza-ción de las membranas celulares con elobjeto de mejorar procesos en los que seproduce una transferencia de masa conlas características y costes de un equipode pulsos eléctricos de alto voltaje desti-nado a la pasteurización de los alimentos(15).

Para la permeabilización de células euca-riotas podrían ser suficientes tratamientosinferiores a los 5 kV/cm. Por ejemplo, parael procesado de 10 toneladas/hora defruta para la extracción de zumo con un


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Figura 8. Influencia de la intensidad del campo eléc-trico en la concentración de betalaina extraída de laremolacha roja tratada por pulsos eléctricos de altovoltaje. Condiciones de tratamiento: campo eléctri-co 0 kV/cm, 1 kV/cm, 3 kV/cm, 5 kV/cm y 7 kV/cm;50 pulsos. Tiempo de extracción: 400 minutos.

tratamiento de entre 1 y 2 kV/cm y untiempo de procesado de alrededor de 50microsegundos sería necesario aportar 10kJ/kg de energía, y el consumo eléctricoaproximado sería de 3 kWh por toneladade producto. Asumiendo un precio delkWh de 10 céntimos de euro, el coste deelectricidad para el tratamiento PEAVpodría ser de aproximadamente 0,3 eurospor tonelada. Considerando un 10% másde gastos indirectos, el consumo total as-cendería a 0,33 euros/ton. El coste de unamaceración enzimática para el mismoobjetivo se encuentra alrededor de los 2euros/ton. Como se indica en la tabla, elcoste del equipo para esta aplicación po-dría ser de aproximadamente 150.000euros.

Para procesos de pasteurización de líqui-dos, donde se requiere un pico de campoeléctrico en el rango de 30-40 kV/cm,dependiendo del tipo de producto, siste-ma experimental, geometría de la cámara

de tratamiento, y parámetros del procesotales como forma del pulso y temperatu-ra de procesado, la energía específica deprocesado variaría de 50 a varios cientosde kJ/kg. Para el procesado con una ener-gía específica de 50 kJ/kg, se requeriría unconsumo eléctrico de 13 kWh/toneladade producto lo que supondría un costeeconómico de 1,3 euros por toneladaprocesada. En caso de que el tratamientorequerido llegara a los 700 kJ/kg, el costeeconómico por tonelada de producto al-canzaría los 19,4 euros. Para esta segun-da aplicación, debido a los elevados re-querimientos energéticos, el coste delequipo podría alcanzar los 5,8 millones deeuros. Sin embargo, para el primer casoen el que se requiere 50 kJ/kg el costesería bastante menor, alrededor de los420.000 euros.

El excesivo coste de los tratamientos depasteurización, especialmente si se requie-ren tratamientos muy intensos, es una de


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Figura 9. Aspecto del mosto tras una hora de maceración procedente de hollejos de uva garnacha tratadospor distintos tratamientos PEAV.

No tratado 1 kV/cm20 pulsos

3 kV/cm20 pulsos

5 kV/cm20 pulsos

8 kV/cm20 pulsos

Garnacha - 1 hora de maceración

las razones que frena el empleo de estatecnología en la industria alimentaria parala pasteurización de los alimentos. Sinembargo, el equipo necesario para la per-meabilización de células eucariotas tieneun coste más moderado por lo que quizásesta aplicación se extienda más en la in-dustria alimentaria en un futuro próximo.

AgrdecimientosLos autores agradecen la financiaciónrecibida de los proyectos AGL 2007-62738 y 015710-2NOVELQ que ha per-mitido obtener algunos de los resultadosque se muestran en este capítulo.

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Tabla 2. Características y costes de un equipo de PEAV para permeabilizar membranasde células eucariotas y de uno para inactivación microbiana.

Inactivación Permeabilizaciónmicrobiana de células eucariotas

RequerimientosIntensidad campo eléctrico (kV/cm) 30-40 1-5Flujo (ton/h) 10 10Energía (kJ/kg) 50-700 10-50

Costes 50 kJ/kg (> 35ºC)Equipo (euros) 420.000 150.000Procesado (euros/ton) 0,5 0,33-3

700 kJ/kg (< 35ºC)Equipo (euros) 6.000.000Procesado (euros/ton) 20

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Altas frecuencias como proceso dedescontaminaciónalternativo

Introducción

Las altas frecuencias son ondas electro-magnéticas que van desde 30 Kilo Hertz(KHz) a 300 Giga Hertz (GHz). Dentro deellas encontramos las denominadas radio-frecuencias, que corresponden a ondasentre 30 KHz y 300 Mega Hertz (MHz) ylas denominadas microondas que corres-ponden a ondas entre 300 MHz y 300GHz. Las frecuencias no son de libre uso,en realidad quedan solamente algunasbandas de frecuencia muy restringidas lla-madas bandas ISM por Industrial Scientificand Medical (ver tabla 1).

En el mundo de la tecnología de alimen-tos, las altas frecuencias son bien conoci-das debido al uso del horno microondasdoméstico, aparato que hoy en día se haconvertido en un elemento importanteen las cocinas del mundo desarrollado.En el ámbito industrial, la aplicación delas altas frecuencias es más marginaldebido a varios factores como el desco-nocimiento de la tecnología, el coste delequipo y la necesidad de tener personalcualificado para el mantenimiento y utili-

zación de dichos equipos (Picouet y delValle, 2005). Las ventajas de estas tecno-logías, en comparación con un trata-miento térmico convencional, es por unlado alcanzar muy rápidamente la tem-peratura deseada y recortar el tiempo deproceso y por otro lado poder incorporardicho proceso en una línea en continuo.No obstante, para definir y aplicar las al-tas frecuencias se necesita un conoci-miento del producto (e.j. constantes die-léctricas, geometría, tipo de envase, etc.)y de su aplicación (Ryynänen y Ohlsson,1996; Brody, 2001; Ryynänen, 2002). Ac-tualmente en la industria alimentaria, lasprincipales aplicaciones son la desconge-lación, el secado y la pasteurización deproductos frescos y elaborados.

Altas frecuencias como proceso de descontaminación alternativoy tomografía computerizada comoherramienta de seguimiento de procesosDr. Pierre A. Picouet

Tabla 1. Bandas de frecuencia ISM autorizadas.

Banda ISM

Radiofrecuencia 13,56 MHz ± 6,68 KHz

27,12 MHz ± 160,00 KHz

40,68 MHz ± 20,00 KHz

Microondas 915 MHz ± 13 MHz

2.450 MHz ± 50 MHz

5.800 MHz ± 75 MHz

24.125 MHz ± 125 MHz


112

Acción de las altas frecuencias sobreun alimento

Frente a un material, las altas frecuenciasvan a ser reflectadas por un material con-ductor (e.j. metales), van a atravesar elmaterial aislante (e.j. plástico, cerámica, vi-drio,…) y serán absorbidas por el materialdieléctrico (e.j. alimentos, tejido humano ymaterial polar). En el último caso estosmateriales pueden generar calor. En los ali-mentos, los componentes (figura 1) quepueden absorber las altas frecuencias son:por una parte las moléculas dipolarescomo el agua que son eléctricamente neu-tras pero que presentan una zona negati-va y una zona positiva; las moléculas lar-gas que tienen un grupo carboxilo, esdecir, una parte polar como los ácidos gra-sos y por otra parte los iones libres y partí-culas cargadas, presentes en el producto.

Según el tipo de producto, su composi-ción química, viscosidad o estructura, unode estos tres fenómenos será más rele-vante que los otros.

Parámetros importantes

Las altas frecuencias son una onda elec-tromagnética con un componente mag-nético y un componente eléctrico. Si mira-mos la ecuación (EQ. 1) que representa lapotencia utilizada por unidad de vo-lumen, para la generación de calor, po-demos ver que solamente el componenteeléctrico “E” es útil.

EQ. 1 (Buffler, 1993).

Los principales parámetros representadosen esta ecuación son el factor de pérdidaε”, la frecuencia f y la amplitud del campoeléctrico en el interior del material E. Estaecuación se puede relacionar con pará-metros termodinámicos como la veloci-dad de incremento de temperatura, elcalor específico y la densidad del material.

Las propiedades dieléctricas describen có-mo los materiales poco conductivos inte-raccionan con el campo eléctrico de la ra-diación electromagnética. Estos paráme-

Figura 1. Componentes que pueden absorber las altas frecuencias.

Ácido palmítico con un grupo carboxiloque manifiesta una carga negativa encontacto con el agua.

Molécula polar: molécula de agua H2O.

Iones libres en solución acuosa.

tros proceden de la ecuación de permitivi-dad y se diferencian entre la constantedieléctrica ε’ y el factor ε” anteriormentecitado. Estos parámetros, a pesar de lla-marse constantes, son variables con dis-tintos factores como la frecuencia delcampo electromagnético, la temperaturadel material, la actividad de agua, las con-centraciones de sales, el contenido engrasa, etc.

La composición química del alimentotiene también una influencia sobre losparámetros termodinámicos que actuaráncuando el producto se caliente. No debe-mos olvidar que el tratamiento por altasfrecuencias es un tratamiento térmico. Lacaracterística electromagnética de estatecnología se manifiesta también por laimportancia de la geometría del productoy el envase. Como se observa en la figura

2, los bordes de esta barqueta de arroz nose calientan de la misma manera que elcentro. La diferencia de temperatura alfinal de los 120 segundos alcanza61,3±3,1 ºC en el centro y 86,6±5,5 ºCen las esquinas. Este fenómeno hace quela geometría y el envase puedan ser con-siderados como un ingrediente más quehay que considerar a la hora de diseñarun experimento o un proceso industrial.

En resumen, los factores críticos son: en elalimento la composición química, el com-portamiento de los parámetros dieléctri-cos del producto y su evolución respectoa la temperatura, la forma y el tamaño delalimento y si es líquido o sólido; en el en-vase se debe tener en cuenta si el envasees hermético o abierto, si hay presenciade un material absorbente, si hay presen-cia de suceptores1 u otros objetos metáli-

Altas frecuencias como proceso de descontaminación alternativo…

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Figura 2. Representación de los perfiles de temperaturas medias de las esquinas y el centro de una barque-ta de arroz calentado durante 120 s a una potencia media.

1 Los suceptores son materiales con una resistividad eléctrica de 50-250 ohm/square que son depositadossobre un envase para absorber las microondas y generar de esta manera una irradiación infrarrojo. Este puntode calor generado permite tener también un calentamiento externo. En envases alimenticios se utiliza alumi-nio plastificado.

cos que focalizan el efecto de las altas fre-cuencias, la forma del envase, si el mate-rial es compatible con las altas frecuen-cias; en el proceso, los factores están rela-cionados con el tiempo de proceso, latemperatura máxima, la potencia y si exis-te la posibilidad de combinar el tratamien-to por altas frecuencias con un tratamien-to térmico por vapor saturado, por airecaliente o bien por aire frío; en cuanto altipo de equipo se debe considerar su ta-maño, su frecuencia y la adecuación de lacavidad al producto.

Los envases

Como se comentó anteriormente, el en-vase (ver tabla 2) que se quiere utilizar esun ingrediente más en un proceso dealtas frecuencias. Los envases (Picouet yde Valle, 2005) tienen que responder acaracterísticas físico-químicas particulares,es decir, tienen que ser transparentes a lasondas electromagnéticas, tener un factorde pérdidas ε” lo más pequeño posible (< 0,002) y, por supuesto, como se haindicado previamente, ser estables térmi-camente para poder resistir las tempera-turas de trabajo (-30 ºC a 120 ºC). Latabla 2 muestra los principales materialesutilizados.

Además de los propios envases y films, sepueden añadir elementos externos comouna válvula para permitir el escape de va-por de agua o suceptores para calentar lasuperficie del producto, como por ejem-plo el envase para palomitas.

Aplicaciones de las altas frecuencias

Hoy en día las principales aplicaciones delas altas frecuencias están relacionadascon procesos de pasteurización, procesosde descontaminación de productos fres-cos enteros, procesos de descongelación,procesos de secado y por supuesto proce-sos de cocción. A continuación vamos apresentar algunas aplicaciones.

Proceso de pasteurización

El objetivo de las altas frecuencias y de lasmicroondas en particular es descontami-nar un producto para asegurar su vida útily su vida comercial durante algunas sema-nas. Con respecto a un tratamiento tradi-cional, los argumentos para utilizar estatecnología son la velocidad de calenta-miento y de proceso, la posibilidad de te-ner un proceso continuo y las mejorassensoriales y nutricionales del alimentoprocesado. Las altas frecuencias puedenalcanzar un nivel de descontaminación


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Tabla 2. Principales envases utilizados durante un tratamiento por alta frecuencia.

Tipo de envase Temperatura máxima Algunas características

Polipropileno (PP) 90-120 ºC Congelable, adaptado por MAP, fácil de sellar, barato…

Teraftalato de polietileno 200-220 ºC Fácil de sellar con PET, precio normal,expandido (CPET foam) peso reducido, buen aislamiento térmico.

Teraftalato de polietileno > 250 ºC Congelable, adaptado para MAP.cristalizado (CPET) Fácil de sellar en PET y PP, colores

limitados (blanco y marrón), un poco caro.

importante con tratamientos inferiores alos 60 segundos (Aymeric y col, 2008).

En el mundo industrial, para platos refri-gerados se habla más del valor de pasteu-rización P10 (EQ. 2) y de valor de cocciónCV (EQ. 3).

La tabla 3 muestra el cálculo del valor depasteurización y de cocción para dos tiposde producto. En el caso de la verdura tene-mos el ciclo completo calentamiento/en-friamiento y en el caso de producto preco-cinado mostramos la parte de calenta-miento hasta la temperatura máxima. Enel primer caso las microondas dan un valorde pasteurización superior al autoclave yun tiempo de cocción inferior, lo que haceque el producto final en el microondas esde mejor calidad. En el caso del plato pre-cocinado, el tratamiento convencional daun valor de pasteurización y de cocciónelevados para un tratamiento de 105 mi-nutos. Con las microondas, el tratamiento

1 da un valor de pasteurización2 y de coc-ción más bajo. Al contrario, el tratamiento2 es más agresivo con temperatura máxi-ma superior a 90 ºC y con valores de pas-teurización y cocción elevadas que dañanel producto.

Proceso de descongelación

El objetivo de este proceso es descongelarbloques de carne o pescado en menos deuna hora para poder ser procesados pos-teriormente. Los bloques suelen tener unpeso desde 18 hasta 27 kg y normalmen-te tienen que pasar de -18 ºC hasta 5 ºC(Farag y col, 2009). En este caso se utili-zan principalmente las radiofrecuenciasdebido a la capacidad de penetración dela onda y por la homogeneidad del calen-tamiento. Las radiofrecuencias se utilizanpara la primera parte de la descongela-ción durante el atemperado hasta -2 ºC ypara finalizar la descongelación se utilizauna cámara de refrigeración.

Comparando con métodos tradicionalescon aire o agua, la ventaja de la técnicaradica principalmente en un tiempo deprocesado más corto. Así, Farag y col


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EQ. 2

EQ. 3

2 Tomado en cuenta el valor D de 0,25 a 68 ºC para vacuno (Guideline nº 51, 2006), una reducción de 6 log deStaphylococcus aureus se obtiene en un tiempo de 1,5 min, lo que hace que los tratamientos propuestos esténmuy por encima de este valor.

Tabla 3. Descontaminación por altas frecuencias de algunos alimentos.

Microorganismo Producto Tiempo Tª máx. P10 CV

Autoclave Bolsas de verduras Ciclo < 16 min ~ 86 ºC 111 min 2,1

Microondas Bolsas de verduras Ciclo < 4 min ~ 94 ºC 261 min 1,1

Autoclave (105 min)* Plato precocinado < 105 min ~ 85 ºC 550 min 11,9

Microondas 1 (8,5 min)** Plato precocinado < 14 min 81-84 ºC 93 min 2,0

Microondas 2 (10,5 min)** Plato precocinado < 16 min 90-94 ºC 709 min 15,6

* Tiempo de subida del autoclave y de mantenimiento. ** Tiempo de proceso donde las microondas son en marcha.

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(2009) han temperado un bloque de va-cuno de 4 kg desde -18 ºC hasta -5 ºC en11 min con un proceso por radiofrecuen-cias, y en 5 horas y 22 min con aire. En elIRTA (figura 3) se han atemperado bloquesde 4 kg entre -18 ºC y -2 ºC en 25 minu-tos con un exudado medio de 0,6%. Conun proceso con aire a 20 ºC el tiempo parallegar a -3 ºC ha sido de 151 min y con unproceso con aire a 5 ºC hemos tenido untiempo de 578 min. Otra ventaja del méto-do de radiofrecuencias es que el exudadosuele ser inferior a 1%, mientras que conlos métodos tradicionales se puede esperarun exudado de entre un 6 y 8%. Esta dife-rencia permite tener un producto final concaracterísticas sensoriales similares o mejo-res que con los métodos convencionales.

Comentarios

La tecnología de altas frecuencias ofrecealternativas viables económicamente paradiferentes procesos minimizando el im-pacto del tratamiento y mejorando la cali-dad final del producto. A diferencia de lostratamientos térmicos convencionales, losresultados obtenidos todavía no son total-mente generalizables, de manera que elcrecimiento en el número de aplicacionesindustriales depende de los futuros desa-rrollos en los equipos y de un conocimien-to exhaustivo de las matrices alimentarias.Muchas de las empresas pequeñas y me-dianas del sector agroalimentario noestán capacitadas para realizar actividadesde valorización y aplicación de tecnologí-as emergentes. Actualmente este trabajose realiza en centros integrados al ámbitouniversitario, organismos de investigacióncomo el IRTA (Institut de Recerca de Tec-nologíes Alimentaries) o en centros tecno-lógicos como el CENTA.

La tomografíacomputerizada comoherramienta deseguimiento de procesos

Principios de base y equipos detomografia computerizada (TC)

La Tomografía Computerizada (TC) consis-te en la obtención de imágenes de corteso secciones de un objeto digitalmente apartir de una serie de imágenes de rayos Xde dicha sección (Fulladossa y col 2008).Desde finales de los años 70, el uso deequipos TC en radiología se ha extendidoen todos los hospitales y clínicas delmundo. Otras áreas como la arqueología(Harwood-Nash, 1979) o la paleontología(López-Polin y col, 2007) utilizan tambiénesta tecnología y más recientemente elárea de tecnología de los alimentos.

La tomografía consiste en medir la ate-nuación de una fuente de rayos X al atra-vesar una sección de un material duranteuna rotación de 360º. Para cada ángulo elequipo registra una curva del factor deatenuación y mediante un algoritmo dereconstrucción genera una imagen digitalde 512x512 vóxeles (voxel: pixel volumé-trico). Esta imagen de la sección analiza-da da la distribución de las densidades delmaterial, su unidad es la Unidad Houns-field o HU. Para obtener un visión volu-métrica del material se escanean variassecciones y mediante un programa infor-mático se obtiene un volumen (figura 4).

El equipo disponible en el IRTA-CENTA esun Modelo GE HiSpeed ZX/i y tiene lascaracterísticas siguientes: protocolo axial ohelicoidal, espesor de corte de 1, 2, 3, 5, 7ó 10 mm, campo de visión de 1.800 mmhasta 500 mm, tiempo de rotación de 0,7


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hasta 3 s. El tubo de rayo X puede tenertres voltajes 80, 120 y 140 kV con unaintensidad que puede variar entre 60 y380 mA.

Aplicación de la tomografía al control de la canal porcina

El objetivo de este trabajo es estudiar lapredicción del contenido en magro de lacanal porcina en función de los paráme-tros de escaneo del TC y determinar suerror de predicción.

Para este trabajo se seleccionaron 123canales de cerdo, representativo de lapoblación porcina española. Veinticuatrohoras después del sacrificio las medias ca-nales izquierdas debidamente refrigera-das se prepararon según el sistema de re-ferencia (Reglamento CE Nº 1197/2006).Estas canales fueron escaneadas por TCcon un voltaje de 140 kV, una intensidadde 140 mA, un tiempo de rotación de 1 sy un espesor de corte o de sección de 10mm. Después del escaneado por TC lasmedias canales fueron disecadas y el por-centaje de magro de referencia fue calcu-lado según el sistema oficial vigente(Reglamento CE Nº1197/2006). Con los


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Figura 3. Perfil de temperaturas para la descongelación de un bloque de carne de cerdo de 3,5 kg por radio-frecuencias y por aire ha 20ºC.

Figura 4. Reconstrucción en 3D de un jamón (cerdode tipo Duroc) mediante el escaneado de 182 imá-genes de TC y con el programa de reconstrucciónVisualPork, desarrollado por la Universitat deGirona y el IRTA-Subprograma de Calidad de laCanal.

datos de TC (figura 5) y el resultado de lasdisecciones se elaboraron tres modelos depredicción (tabla 4). El primero se basa enun modelo de densidad (Picouet y col,2010), el segundo es un modelo de den-sidad con una regresión linear y el terceroun modelo (Font i Furnols y col 2009) conuna regresión por mínimos cuadrados par-ciales (PLS).

Para los modelos propuestos se determi-nó (ver tabla 4) el coeficiente de correla-ción R2 y el error de predicción con unavalidación externa para el modelo 1, yuna validación cruzada para los modelos2 y 3.

Los errores calculados son inferiores a losque recomienda la normativa europea yestán por debajo de los errores que seobtienen con los diferentes equipos declasificación autorizados hasta el momen-to en Europa para la predicción del por-centaje de magro. También podemos aña-dir que estos errores son inferiores al errordel sistema de referencia (disección) quese encuentra alrededor de un 1,96% (Nis-sen y col, 2006).

Estos datos muestran que el TC podríareemplazar el sistema tradicional de medi-ción del porcentaje de magro en la canalde cerdo. Este trabajo se lleva también a


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Figura 5. Histogramas de las frecuencias volumétricas de los tres grupos de animales. Los grupos son deter-minados por el espesor de grasa medido entre 3ª y 4ª últimas costillas y a 6 cm (Font i Furnol y col, 2008).

Tabla 4. Coeficiente de correlación y error de predicción del porcentaje de magro de lostres modelos establecidos.

Modelos R2 Error de predicción

Densidad 0,923 1,48% Validación externa

Densidad + linear 0,921 1,04% Validación cruzada

Modelo PLS 0,958 0,83% Validación cruzada

cabo en otros países de la Unión Europea(Alemania, Dinamarca, Francia, Irlanda,Hungría) o asociados (Noruega) con el finde proponer a la Comisión Europea unamodificación del reglamento en vigor.

Calibración del TC para el seguimiento de proceso de curación de un jamón

Durante el proceso de secado de jamo-nes, el conocimiento de la distribución dela sal durante varias etapas del proceso esfundamental para comprender y mejorardicho proceso. La tomografía permite ob-servar variaciones de densidad y como losiones Na+ y Cl– tienen una densidad máselevada que los constituyentes mayorita-rios de la carne (C, H, N, O) y estos apa-recen en las imágenes de TC con máscontraste (Vestergaard y col, 2005). Parair más allá de las imágenes se establecióuna calibración (Fulladosa y col, 2008;Fulladosa y col, 2009) de las imágenes detomografía para poder medir el conteni-do en sal y agua. Para establecer esta ca-libración, se prepararon un total de 24jamones con diferentes nivel de engrosa-miento.

Los jamones se salaron a 3 ºC a diferen-tes tiempos para obtener diferentes ran-gos del contenido en sal. De la mismamanera, el periodo de reposo osciló entre23 y 45 días para obtener diferentes con-tenidos en agua. A diferentes etapas del

proceso los jamones fueron escaneadoscon los parámetros siguientes: voltajes de80 kV y de 120 kV, intensidad de 250 mAcon un campo de visión de 461 mm y untiempo de rotación de 2 segundos. Setomaron imágenes de forma axial (sec-ciones de 10 mm de espesor) en la zonacon más grosor de los jamones objeto delestudio (10 cm por encima de la rótula).Utilizando los datos de química analíticade cada ROI se realizó un análisis estadís-tico para poder definir un modelo de pre-dicción (tabla 5) para las etapas de saladoy reposo.

Para cada imagen de TC se establecieroncuatro regiones de interés (ROI) cuyocontenido químico fue analizado.

Como muestra la figura 6, el modelo per-mite reemplazar las imágenes en unida-des HU en imágenes mostrando la distri-bución del contenido en sal y la distribu-ción del contenido en agua para una sec-ción. Con este modelo de predicción, elTC puede ser utilizado como herramientaen la caracterización y optimización delos procesos de salado y secado en laindustria cárnica. El modelo permite tam-bién un estudio cualitativo y cuantitativode las distintas fases del proceso de ela-boración.

La figura 7 muestra la evolución del con-tenido en sal y agua de un volumen de10,8 cm3 (54 mm x 20 mm x 10 mm) del


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Tabla 5. Modelo de predicción del contenido en sal y agua para las etapas de salado y reposo.

Ecuaciones del modelo de predicción SD* R2

Humedad H %= 84,52595 + 0,24350 x HU80 – 0,42462 x HU120 1,46 0,86

Contenido en sal NaCl %= -2,15555 + 0,04107 x HU80 0,29 0,97

* SD: error de predicción.

músculo bíceps femoris de un jamóncon un periodo de salado de 16 días yun periodo de reposo de 45 días. Comose puede apreciar en esta figura el incre-mento del contenido de sal es linear

desde el día 4 de salado con una pen-diente d[NaCl]/dt de 0,03%/días. Por locontrario, el contenido de agua dismi-nuye pasando de 73,2±1,1% al día 0hasta 69,7±0,7% al final del reposo eldía 62.

Estos datos cuantitativos permiten estu-diar de manera muy precisa la evoluciónde la penetración de la sal en el jamón enparticular para optimizar el salado y dis-minuir el contenido en sal en el productofinal.

La técnica tiene algunos inconvenientespara un uso más industrial. Uno de losmayores inconvenientes (Santos y col,2009) son el coste de mantenimiento deeste equipo, los riesgos laborales asocia-dos al trabajo con rayos X y el hecho deque no se pueda utilizar como herra-mienta de control on-line.


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Figura 6. Aplicación del modelo de predicción parauna sección de un jamón al final de su periodo desalado de 16 días.

Figura 7. Evolución del contenido de sal y agua en un volumen de 10,8 cm3 del músculo bíceps femoris.

Imagen inicial (DICGM 3,0) 80kV

Contenido en sal Contenido de agua

Imagen inicial (DICOM 3,0) 120kV

Modelos de Calibración

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IntroducciónEl desarrollo de tecnologías basadas en lautilización de Fluidos Supercríticos (FSC)ha aportado nuevas oportunidades a laindustria de la alimentación. Un fluido apresión y temperatura superiores a supunto crítico y con densidad reducidamayor que 1, presenta unas propiedadesfísicas características que le confieren unpoder disolvente próximo al de los líqui-dos. Este poder disolvente está asociado asu densidad y se puede modificar median-te variaciones en la presión y temperatu-ra. La variación de la solubilidad con lapresión permite fraccionar los extractosen FSC por sucesivas despresurizaciones,ya que el mismo fluido puede actuarcomo disolvente en unas condiciones ycomo anti-disolvente en otras (1). El FSCmás utilizado y que ha dado lugar almayor número de desarrollos industrialeses el CO2 debido a que presenta unasmoderadas constantes críticas (presión de73,8 bar y temperatura de 31 ºC) (2). Lautilización de CO2 presurizado como di-solvente permite por lo tanto operar enatmósfera controlada a temperaturas pró-ximas a la ambiental, obteniendo produc-tos con propiedades mejoradas más pró-ximas a la de su estado natural y sin res-tos de disolvente.

El desarrollo de tecnología basada en laspropiedades de los FSC ha sido lento. En

1826 Van der Walls presenta su tesis doc-toral sobre “la continuidad del estadolíquido y gaseoso”, donde desarrolla suconocida ecuación de estado para descri-bir el comportamiento de los gases noideales. En 1890 Hannay y Hogarth de-muestran la propiedad que tienen los FSCde actuar como disolventes. Estos conoci-mientos no se aplicaron al desarrollo deprocesos hasta 1960 con las patentes deZosel sobre la extracción de la cafeína y ellúpulo en CO2 SC, que dieron lugar a suimplementación industrial entre 1975 y1985.

Actualmente unas 250 plantas industria-les en diferentes localizaciones desdeEuropa, China, sudeste asiático, Japón,EE.UU., hasta Nueva Zelanda utilizan flui-dos supercríticos. La mayor parte de estasinstalaciones están dedicadas a la indus-tria alimentaria, con aplicaciones como laobtención de café y té descafeinados, lú-pulo, extracción de aceites esenciales yespecias, o eliminación de pesticidas entreotros. Durante los últimos 30 años se hanvenido estudiando las grandes posibilida-des que tiene esta tecnología para unagran variedad de productos, pero no hatenido el desarrollo industrial que cabríaesperar, aunque se han alcanzado unascondiciones que pueden potenciar el de-sarrollo de estas tecnologías (3).

La tecnología de fluidos supercríticos en la industria. Formulación de aditivos alimentariosDra. M.ª José Cocero Alonso, Dr. Ángel Martín Martínez y Dra. SorayaRodríguez Rojo


124

Un factor que comienza a ser decisivo enel desarrollo de nuevos proyectos indus-triales con FSC es el crecimiento del con-sumo de los productos alimentarios conpropiedades funcionales. El mayor precioy la actual situación económica no hanfrenado el desarrollo de este mercadoque sigue creciendo. Por ejemplo, el cre-cimiento en el consumo de bebidas pro-bióticas fue del 13% en el último año (4).La preocupación de los consumidores porla calidad y seguridad de los alimentosque consume se ha incrementado y haabierto un mercado al que están dandorespuesta las empresas alimentariasdesde sus áreas de negocio, creandoempresas filiales dedicadas a desarrollarestos productos. La prevención y el con-trol de enfermedades con la alimentaciónpuede ser una alternativa para mejorar lacalidad de vida y paliar el gasto farma-céutico. Esta es una de las claves que hapotenciado el desarrollo industrial de losprocesos con FSC en el sudeste asiático.Desde el año 2006 Corea cuenta con dosplantas industriales dedicadas a la obten-ción de aceite de sésamo. El precio deeste aceite obtenido con CO2 SC es supe-rior al obtenido por procedimientos tradi-cionales pero el consumo ha ido enaumento debido a que el consumidor lopercibe como un producto más natural yde mayor calidad. India cuenta con unaplanta industrial dedicada a la obtenciónde este tipo de alimentos. La planta ope-ra a presiones de 550 atmósferas parapoder extraer antioxidantes y aditivoscomo la luteína. Taiwán cuenta con unaplanta para el tratamiento de 30.000ton/año de arroz.

En España, desde el año 2005 CorchosMérida (San Vicente de Alcántara, Ba-

dajoz) opera la primera planta industrialdedicada a la extracción de los TricloroAnisoles (TCA) del corcho triturado conCO2 SC. En el año 2008 empieza a funcio-nar la empresa Altex (Alta Tecnología Ex-tractiva), dedicada a la fabricación a má-quina de productos naturales con CO2 SC.En marzo del año 2009 se constituyó laAgrupación Empresarial para el Fomentode las Tecnologías del Estado Supercrítico(AFTS). Esta agrupación tiene por misiónfomentar la utilización de la I+D en lastecnologías supercríticas para mejorar lacompetitividad de la industria española ycrear oportunidades de mercado para lacomercialización de los productos basa-dos en la tecnología de los fluidos enestado supercrítico.

La necesidad de buscar alternativas quepermitan un desarrollo sostenible estámarcando nuevas tendencias en el dise-ño de procesos y productos. La produc-ción centralizada en grandes plantasbasada en la disponibilidad de petróleobarato está siendo sustituida por unanueva filosofía de una producción des-centralizada que produzca “sólo lo sufi-ciente”. El diseño bajo esta nueva con-cepción va a requerir desarrollar nuevosprocesos basados en materias primas yenergías renovables. Esta nueva concep-ción abre nuevas oportunidades a losprocesos que puedan utilizar disolventessin limitaciones medioambientales,como el CO2 y el agua; y puedan integraren pequeñas plantas la obtención deproductos y energía de fuentes renova-bles. En este marco los fluidos supercríti-cos pueden aportar el desarrollo de pro-cesos con un elevado rendimiento yselectividad que hagan competitivos losproductos que se obtengan.

Procesos desarrollados a escala industrial

Cafeína y otros alcaloides

La cafeína es un alcaloide (trimetilxantina)que está presente en el café (0,8-2%), enel té (1,5-5,6%) y en otras plantas. Lacomercialización de café y té descafeina-do está ampliamente desarrollada tantocon disolventes convencionales como conCO2. La primera planta industrial de ob-tención de café descafeinado con CO2

(HAG AG) fue construida en Alemania en1978 para la obtención de café descafei-nado en grano. Actualmente, más de100.000 ton/año de café descafeinado seobtienen por esta tecnología tanto enEuropa: HAG AG (Bremen) y Barth & Co(Wolnzach) Alemania, y SKF/Trostberg(Venefro) Italia; como en EE.UU.: KratfFoods.

El proceso consta de una etapa de extrac-ción que opera a presiones entre 16,0 y22,0 MPa y una etapa de separación de lacafeína del CO2. Esta etapa puede reali-zarse por reducción de la presión hasta 4-5 MPa, consiguiéndose la separación dela cafeína, y posteriormente se recompri-me y recircula el CO2. El pretratamientodel café es equivalente al utilizado en elproceso convencional de extracción de lacafeína: adición de vapor de agua paraaumentar el contenido de humedad delcafé y que el alcaloide pueda extraerse.Después de la extracción el café se secahasta reducir su humedad al 10-12%.

El mayor coste energético del proceso estáasociado a la etapa de recompresión delCO2, por lo que se han desarrollado dife-rentes alternativas para reducir este coste.Zosel (5) propone separar la cafeína sin

reducir la presión (procesos cuasi-isobári-cos), por absorción con agua a 70-90 ºC.De esta forma la cafeína pasa a la corrien-te acuosa separándose posteriormentepor destilación. La concentración de cafeí-na se reduce desde el 0,9-1,8% inicial al0,08%, empleando entre 3 y 5 litros deagua por kg de café tratado (5).

En una segunda patente, Zosel propusoseparar la cafeína de la corriente de CO2

por adsorción en carbón activo. El carbónactivo se regenera térmicamente a 600 ºC,destruyéndose la cafeína. En una tercerapatente se dispone el café y el carbónactivo en un único lecho, realizándose laextracción y la adsorción en etapas suce-sivas. Finalizado el proceso se separa elcafé y el carbón activado por tamizado.Se requiere 1 kg de carbón activado para3 kg de café tratado. Al no recuperar lacafeína este proceso es menos rentable.Actualmente se han estudiado alternati-vas de separación de la cafeína del carbónactivo por arrastre con vapor de agua. Laseparación de la cafeína de la disoluciónacuosa mediante osmosis inversa ha dadobuenos resultados y consigue recuperar lacafeína con menor gasto energético quela destilación, que es la tecnología que seha venido usando.

En un esfuerzo por conseguir que el pro-ceso operase en continuo, Kraft Foodspropuso un sistema de recipientes presu-rizados y válvulas que permiten introduciry sacar el café del extractor a la presión deoperación (5).

El proceso de ESC de la cafeína empezóoperando con extractores de gran volu-men (44 m3) en las instalaciones que seconstruyeron antes de 1980, mientras queposteriormente se están utilizando extrac-

La tecnología de fluidos supercríticos en la industria. Formulación de aditivos alimentarios

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tores de volúmenes comprendidos entre17 y 20 m3 (6). Al operar con grandestonelajes el coste de inventariable re-presenta un menor porcentaje del costepor kg de café descafeinado producido.Además, al realizar las etapas de extrac-ción y absorción a la misma presión, sereducen los costes de operación. Lack ySeidlitz estiman los costes del procesoentre 1,1 €/kg de café para plantas de3.500 ton/año y 0,75 €/kg de café paraplantas 7.000 ton/año; estos costes pue-den reducirse hasta 0,55 €/kg para plan-tas que operan en condiciones cuasi-iso-báricas y recuperan la cafeína (8). Otrosprocesos que se encuentran desarrolladosa nivel industrial para la extracción dealcaloides son la eliminación de la cafeínadel té y la de nicotina del tabaco (9).

Aceites esenciales y especias

La extracción de aceites esenciales yespecias con CO2 es la aplicación másextendida y sus ventajas han sido puestasde manifiesto en multitud de trabajos(10, 1, 4). Se producen más de 60.000ton/año por esta tecnología, existiendoplantas industriales en Europa, EE.UU.,Canadá, el sudeste asiático y Nueva Ze-landa.

Los procesos convencionales de extrac-ción por arrastre de vapor y extracción condisolventes no pueden realizarse en unúnico proceso. La extracción realizada apresiones entre 10 y 12 MPa con tempe-raturas cercanas al punto crítico del CO2

(31 ºC y 7,38 MPa) permite obtener acei-tes esenciales equivalentes a los obtenidospor arrastre de vapor. Presiones de extrac-ción de 35-45 MPa y temperaturas entre40 y 70 ºC permiten obtener resinas, colo-rantes, ácidos grasos y ceras, entre otros;

extractos que son obtenidos en la extrac-ción convencional con un disolvente orgá-nico. La extracción de ambos tipos decompuestos se puede realizar en un únicoproceso de ESC mediante la separaciónfraccionada del extracto por reducción dela presión en dos o más etapas.

Las instalaciones de extracción con CO2 detamaño medio tienen dos o tres extracto-res con volúmenes entre 0,2 y 0,8 m3 yoperan a presiones entre 30 y 50 MPa. Sediseñan para trabajar con distintos tiposde plantas, con el fin de que operen du-rante el mayor tiempo posible y cubrir laestacionalidad en la recolección. Están e-quipadas con dos separadores, uno pararecuperar la resina y otro para el aceiteesencial. La instalación, tal como se obser-va en la figura 1, consta de un tanque deCO2 (A), enfriador (B), bomba (C), preca-lentador (D), tres extractores (E), dos sepa-radores (Fresina, Faceite) y un condensador (G).

Para pequeñas capacidades de trata-miento, en torno a 150 ton/año las insta-laciones tienen extractores de 0,2 m3.Para la extracción de especias los tama-ños medios industriales son 2 x 0,3 m3, 3x 0,3 m3 hasta 3 x 0,5 m3. Para la extrac-ción de especias de mayor consumocomo oleoresinas de pimentón, las plan-tas son más grandes, tres extractores de0,8 m3 es el tamaño más económico,pero debido a la baja solubilidad de loscolorantes del pimentón en CO2 estasinstalaciones se diseñan para operar apresiones de 50-55 MPa.

En España, la empresa Altex ha puestoen funcionamiento una planta industrialmultipropósito, que opera bajo maquila yconsta de cuatro extractores de 1 m3, quepueden operar hasta 35 Mpa (11). La


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figura 2 muestra un detalle de los depósi-tos de recirculación. IDOKI SCF Techno-logies desarrolla productos y procesosmediante la tecnología de fluidos super-críticos, con aplicación en los sectoresagroalimentario, complementos alimenti-cios, farmacéutico y cosmético (12). Laempresa SOLUTEX comercializa ácidosgrasos (EPA –eicosapentanoico– y DHA–docohexaenoico–) presentes principal-mente en el aceite de pescado, y licope-no, entre otros productos (13). La empre-

sa Super Extractos, Cabeza de Torres(Murcia), comercializa extracto de oleo-resina de pimentón (14).

El coste del proceso de obtención de ex-tractos de plantas por esta tecnología de-pende de los kg de CO2 por kg de extrac-to obtenido, de las condiciones de ex-tracción y separación, de la etapa de sepa-ración soluto-disolvente (operación cuasi-isobárica, utilización de un extractor ouna cascada de extractores), de la mate-ria prima y de las condiciones de auto-matización de las plantas. Dada la granvariedad de materias primas a extraer ylas condiciones de extracción y separa-ción no se puede dar un valor promediodel coste. Lack and Seidlitz presentan unestudio del efecto de las variables delproceso en el coste de producción dediferentes extractos por ESC con CO2 (8).

Lúpulo

El lúpulo es una planta trepadora muycomún en algunas zonas de España, con-


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Figura 1. Esquema de una planta de extracción de aceites esenciales y especias.

Figura 2. Detalle de los depósitos de recirculación.Altex. Valencia.

cretamente en León se cultiva un 98% dela superficie total en España y el resto sereparte entre La Rioja y Galicia. El extrac-to de sus frutos, rico en α-ácidos, se utili-za para aromatizar y dar el sabor amargoa la cerveza.

La mayoría de las plantas de extracción delúpulo en Europa, como SKW/Trostbergen Munchsmester, Barth & Co y NaturalCane en Wolnzach, Pfizer Sydney NB,Yakima VA en EE.UU. y Australia, utilizanCO2. En Gran Bretaña y Australia se utili-za CO2 líquido, en Alemania se utiliza laextracción con CO2 en condiciones super-críticas. En EE.UU. las plantas de nuevaconstrucción trabajan con CO2 SC.

El proceso de extracción con CO2 líquidoopera a presiones de 6 MPa y temperatu-ras de 8 ºC. Para conseguir eficacias del95% se requieren 50 kg de CO2 por kg dealimentación. La etapa limitante es la bajasolubilidad del extracto en CO2, 0,8% delos α-ácidos a 7 ºC y 5 MPa (15). La ven-taja de la extracción con CO2 líquido es elmenor coste de inmovilizado de la planta.

Las plantas que operan con CO2 SC traba-jan a presiones entre 30-35 MPa y tempe-raturas entre 40 y 65 ºC. La solubilidaddel extracto en CO2, a 30 MPa y 80º C, esdel 3,2% en peso. Las plantas son detamaño medio con 3 ó 4 extractores devolúmenes comprendidos entre 4 m3 y6,5 m3. Aunque aumenta el coste de laplanta, se reduce significativamente eltiempo de extracción y la cantidad de CO2

a utilizar. Por este motivo las plantas denueva construcción se diseñan para ope-rar en condiciones supercríticas (15).

Concretamente, para la extracción delúpulo a 35 MPa, separando el extractopor despresurización hasta 4,5 MPa y con

20 semanas de operación, Lack andSeidlitz calculan un coste de 1 €/kg de ali-mentación. La distribución del coste totalque proponen excluyendo el coste de lamateria prima es: intereses y depreciación36%, mano de obra 24,5%, servicios17,2%, impuestos y beneficios 20,5%,gastos de administración 1%. Los costesde inventariable representan la terceraparte del coste total del proceso, lo cual esmayor que el coste de un proceso conven-cional pero no son tan elevados como pa-ra descartar de entrada la utilización deFSC por los costes que conllevan (8).

Pesticidas de productos vegetales

El tratamiento con compuestos químicosde determinados cultivos para eliminarpestes termina con la acumulación de es-tos compuestos en el producto natural enconcentraciones que pueden ser tóxicaspara el organismo. La patente europea EP0925724 A2 propone un procedimientopara extraer pesticidas de cereales.Actualmente, 30.000 ton/año de arroz seestán tratando con CO2 supercrítico, ope-rando a presiones en torno a 32 MPa.Con humedades entre 10% y 15% seconsigue reducir el contenido de pestici-das hasta valores inferiores a los que mar-ca la legislación, utilizando cantidades deCO2 entre 7 y 15 kg/kg de arroz. En 1999empezó a funcionar la primera planta in-dustrial en Taiwán. Está equipada con tresextractores de 8 m3 para una producciónde 90 ton/d de arroz (15).

Tricloro anisoles (TCA) del corcho

Los TCA son ésteres aromáticos volátilespresentes en el corcho que pueden impli-car alteraciones organolépticas del vino.


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Su difusión hacia el vino, incluso a bajasconcentraciones, es la responsable del sa-bor a corcho o “picado”. En el año 2005empezó a funcionar la primera plantaindustrial de extracción de TCA con flui-dos supercríticos en San Vicente deAlcántara (Badajoz). Esta planta está dedi-cada a la eliminación de tricloro anisolesdel corcho triturado, mediante CO2 encondiciones supercríticas, para obtenercorchos de calidad destinados a taponesde botellas (16).

La planta industrial fue diseñada por lascompañías SCF Technologies A/S (Dina-marca) y NATEX (Austria) para una capa-cidad de tratamiento de 2.500 ton de cor-cho al año. La planta consta de tres líneasformadas cada una por un extractor de8,3 m3 de volumen que opera en torno a10 MPa, con un sistema neumático parala carga y descarga del corcho (figura 3);un separador que opera a 5 MPa, dondese despresuriza el CO2 hasta gas, y dos le-chos de carbón activo.

Debido a la baja relación de compresión,y a los grandes flujos con los que opera,la recirculación se hace mediante compre-sores. La figura 4 muestra el equipo parala recompresión del CO2. Es la primeraplanta industrial que utiliza compresoresfrente a la condensación y recompresióndel CO2 mediante bombas que utilizanotros procesos industriales (17).

El corcho, triturado hasta tamaños entre0,5 y 1 mm, es trasladado mediante unsistema neumático hasta los extractores.El sistema neumático permite la carga ydescarga rápida del extractor. La extrac-ción se realiza con CO2 saturado de agua;el agua aumenta la solubilidad de los TCAy controla la humedad del CO2 para evitardesecar el corcho y mantener las propie-

dades mecánicas que hacen del corcho elmaterial natural por excelencia para laobturación. La inversión realizada por lacompañía Oneo Bouchage fue de 15 mi-llones de euros. “Corchos de Mérida S.A.”comenzó a comercializar los tapones“diam” a finales del año 2005.

Formulación de aditivosalimentariosLa extracción del producto sin limitacio-nes toxicológicas y ambientales es el pri-mer paso para obtener un compuesto na-tural, pero la formulación adecuada delcompuesto permite potenciar y alargar laacción del compuesto activo. Las ventajasde utilizar formulaciones en los aditivosalimentarios son claras, ya que protegen


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Figura 3. Detalle de los extractores y sistema decarga y descarga del corcho.

contra la oxidación de compuestos activoscomo por ejemplo antioxidantes, o favo-recen la solubilidad de compuestos pocosolubles al aumentar la velocidad de diso-lución. Una formulación adecuada de unaditivo alimentario puede actuar como unsistema de liberalización controlada po-tenciando y alargado la acción del aditivo,características habituales de las formula-ciones de los compuestos activos farma-céuticos (18-20).

La utilización de fluidos supercríticos parala precipitación, coprecipitación y encap-sulación de materiales ha dado lugar auna variedad de procesos; dependiendode la función que desempeñe podemos

clasificarlos en procesos donde el FSC ac-túa de disolvente, procesos donde el FSCactúa de soluto, y procesos donde el flui-do supercrítico actúa como anti-disolven-te (21-23).

Fluido supercrítico como disolvente

Expansión rápida de disolucionessupercríticas

La propiedad que presentan los FSC dedisolver algunos sólidos ha permitido de-sarrollar procesos de micronización ba-sados en la rápida sobresaturación que seconsigue al descomprimir la disoluciónhasta fase gas. Este proceso se denominaproceso RESS (Rapid Expansion of Su-percritical Solutions). Esta rápida sobresa-turación favorece la etapa de nucleaciónsobre la de crecimiento de la partícula,formándose nano o micro partículas conuna uniforme distribución de tamaños. Eltiempo de precipitación es del orden de10-5s, que es lo que tarda la disolución enpasar por una válvula o un capilar parareducir su presión. Este proceso puede a-plicarse a la micronización de compuestosque sean solubles en CO2 SC. Se ha apli-cado a la precipitación de alcaloides comola cafeína, biopolímeros y compuestosfarmacéuticos (24). El proceso RESS tam-bién se puede utilizar para producir for-mulaciones de compuestos activos y deun portador. La aplicación más directa esla disolución de la sustancia activa y elportador en el fluido supercrítico, y lacoprecipitación de ambas sustancias. Lalimitación de esta tecnología es la bajasolubilidad de muchos compuestos deinterés en el CO2 SC. Esta limitación esmás restrictiva para la coprecipitación, ya


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Figura 4. Detalle del sistema de recompresión deCO2 gas.

que tanto el portador como la sustanciaactiva tienen que ser solubles en el CO2

SC. Existen algunas aplicaciones relacio-nadas con la coprecipitación de compues-tos farmacéuticos con biopolímeros (25,26). También se ha estudiado incrementarla solubilidad en CO2, mediante la adic-ción de codisolventes. Otra alternativapara evitar la baja solubilidad en los FSCes el proceso RESS-no solvente (RESS-N).En este caso, un líquido que no disuelva elpolímero se utiliza como un cosolventepara mejorar la solubilidad en el fluido su-percrítico. Aunque muchos de los políme-ros con interés industrial no son solublesen CO2, los lípidos presentan una mode-rada solubilidad en CO2 y podrían utilizar-se como portadores. Mishima et al (27)utilizan esta técnica para encapsular pro-teínas y productos farmacéuticos en polí-meros como el PEG o PMMA y PLA.

Otro problema de la coprecipitación me-diante tecnología RESS es la dificultad decontrolar la morfología de las partículas yla carga de compuesto activo, dado que laprecipitación por RESS es extremadamen-te rápida. Una alternativa, que eliminaeste problema, es la precipitación del por-tador sobre las micropartículas de la sus-tancia activa previamente formadas. Coneste procedimiento, se puede controlar lacarga de las partículas o el espesor delrecubrimiento del portador, simplementemediante el control de la composición dela alimentación. Con el objetivo de mejo-rar la homogeneidad de revestimiento,Mishima et al (28) presentó una modifica-ción de este procedimiento que incorporaun mezclador en la cámara de la precipi-tación. Esto facilita la circulación de partí-culas y mejora el control y la homogenei-dad del proceso. Otra alternativa, que

también mejora la homogeneidad delproducto, es la precipitación sobre unlecho fluidizado de partículas del principioactivo (29). La homogeneidad del recubri-miento se ve facilitada por la intensa mez-cla de las partículas en el interior del lechofluidizado. También la estratificación delas partículas en la cámara por la gravedadpuede mejorar la homogeneidad, ya quelas partículas con una capa de recubri-miento más grueso que la media tiende aconcentrarse en la sección inferior dellecho fluidizado, lejos de la parte superioren la que el portador precipita. En gene-ral, la encapsulación utilizando materialesque presentan una buena solubilidad enCO2 mediante RESS tiene aplicacionesmuy prometedoras debido a la simplici-dad y la limpieza de estos procesos.

Impregnación mediantedisoluciones en FSC

Los polímeros pueden impregnarse conun compuesto activo mediante la disolu-ción del compuesto activo en un FSC y laposterior impregnación del polímero conla disolución (30). Un diagrama de esteproceso se presenta en la figura 5. Constade una columna donde se produce ladisolución supercrítica mediante la satura-ción del compuesto activo en el CO2, yuna segunda columna donde se producela impregnación del polímero. En algunasaplicaciones se añade un codisolvente pa-ra mejorar la solubilidad o para mejorar ladispersión del compuesto activo en el po-límero.

Las características del producto obtenidocomo la concentración o la penetraciónpueden ajustarse variando la forma dedespresurizar, el tiempo de impregnacióno cambiando la densidad del disolvente


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variando la presión y la temperatura (31).La incorporación del compuesto activo alpolímero puede producirse mediante pre-cipitación durante el proceso de despre-surización, como se ha descrito en la tec-nología RESS. Sin embargo, este mecanis-mo de incorporación puede dar lugar auna fisisorción de la sustancia activa en elpolímero, lo que provocaría que se des-prenda con facilidad.

Un mecanismo alternativo, que puedemejorar las características del producto, esla impregnación del compuesto activodurante el contacto de la disolución delFSC y la matriz polimérica. Con un coefi-ciente de partición favorable y afinidadentre el compuesto activo y el polímero,se puede producir quimisorción y obtenerun producto uniformemente impregna-do. La impregnación mediante este meca-nismo se ve favorecida por la hinchazónque provoca la disolución de CO2 en elpolímero.

Como en el proceso RESS la impregnaciónpuede verse limitada por la baja solubili-dad del compuesto activo en el FSC. Alessiet al (32) proponen utilizar determinadossólidos codisolventes como polidimetil si-loxanos (PDMS) para aumentar la solubili-dad del compuesto activo. Los PDMS sonbiocompatibles y, por tanto, su presenciaen el producto final no limitaría la calidaddel producto.

Para mejorar la aplicabilidad y el rendi-miento de esta tecnología es necesarioentender los mecanismos que regulan lasinteracciones entre el polímero, el CO2 y lasustancia activa. Esto permitirá una ade-cuada selección del polímero-principioactivo. También es importante evitar ladeposición de la sustancia activa por pre-cipitación durante la fase de expansión, yaque puede causar la formación de partícu-las o gotas de la sustancia activa que noestán adheridas a la matriz y que reduci-rían la calidad del producto.

Figura 5. Diagrama de un proceso de impregnación en FSC.

Fluido supercrítico como soluto.Partículas a partir de disolucionessaturadas de gas (PGSS)

El proceso PGSS está diseñado para pro-ducir partículas a partir de materiales quedisuelven altas concentraciones de unfluido supercrítico. En este proceso, el FSCse disuelve en un sustrato, o en una diso-lución, o en una suspensión del sustratoen un disolvente. A continuación, una rá-pida expansión de la solución saturada através de una boquilla causa la formaciónde partículas sólidas o líquidas, debido alintenso efecto de enfriamiento causadopor la liberación de CO2 y el efecto Joule-Thomson. Un diagrama esquemático deun proceso PGSS se presenta en la figura6. Consiste en un precipitador en el que elgas se inyecta para formar la disoluciónsaturada. La saturación de la solución conel gas se consigue por medio de un mez-clador estático.

Este proceso ha sido desarrollado a escalaindustrial por la compañía RAPS, desde elaño 2000 cuenta con una planta para laproducción de 200 kg/h de aditivos ali-mentarios naturales en Kulm (33).

El proceso PGSS es especialmente adecua-do para la producción de partículas depolímeros y también para la incorporaciónde sustancias activas en estas partículas(34). En esta aplicación la hinchazón yplastificación que causa la disolución deCO2 puede mejorar la incorporación de lasustancia activa. El proceso PGSS tambiénse puede utilizar para encapsular líquidos.En este caso, el agente encapsulante esun material que se funde y se mezcla conel líquido a encapsular. Ambos compo-nentes son presurizados y dosificados enun sistema de mezcla. Algunos ejemplosson la encapsulación de la teofilina en elaceite de palma hidrogenado para obte-ner un sistema de dosificación controlada,proceso desarrollado por Rodrigues et al


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Figura 6. Diagrama del proceso PGSS.

(35), el encapsulado de parafina líquida enpoliester y la encapsulación de líquidos enpolietilenglicol elaborada por Wendt et al,y el encapsulado de soluciones acuosas engrasas (36). Al igual que en el proceso deimpregnación, la sustancia activa podráincorporarse a la matriz, ya sea en formasegregada (partículas o vacuolas líquidas),o por adsorción en la matriz. En la encap-sulación de líquidos para formar vacuolasdentro de la matriz, el rendimiento depen-derá de la relacion entre la velocidad desolidificación de la matriz, que forma undepósito sólido en todo el líquido y evitasu evaporación, y la velocidad de la difu-sión y evaporación del líquido a ser encap-sulado.

Para disoluciones acuosas Sievers ha desa-rrollado un proceso denominado CAN-BD(CO2 assited nebulización with a bubbledryer), en el que el CO2 disuelto en la di-solución acuosa actúa como codisolventepara favorecer la pulverización de la diso-lución, seguido de una etapa de secadomediante un gas caliente (37). Reverchonamplió este procedimiento a disolucionesno acuosas y principalmente lo ha aplica-do a disoluciones de alcoholes (38).

Procesos basados en la utilizaciónde fluidos supercríticos como antisolventes

Precipitación utilizando fluidossupercríticos como antidisolvente(SAS)

Estos procesos se basan en la total misci-bilidad que presenta el CO2 con disolven-tes orgánicos a presiones y temperaturasmoderadas, y en la despreciable solubili-dad que tienen muchos solutos en CO2,de forma que el CO2 puede actuar como

antidisolvente para esos solutos. La rápi-da disolución del CO2 en la disoluciónprovoca un drástico descenso en la solu-bilidad del soluto, produciéndose una rá-pida nucleación sin dar tiempo al creci-miento de las partículas (39). El productoobtenido presenta un pequeño tamañode partícula, inferior al conseguido conlas técnicas de precipitación convenciona-les, a la vez que se obtiene una uniformedistribución de tamaños. Esta técnica seutiliza como procedimiento de microniza-ción para productos termolábiles, puedeaplicarse a compuestos que se disuelvanen disolventes orgánicos convencionalescomo alcoholes o ésteres, y que no sedisuelvan en CO2 (40).

Este proceso permite producir formula-ciones mediante la coprecipitación delcompuesto activo y el aditivo. Tambiénpuede utilizarse para encapsular un com-puesto activo previamente formado me-diante la precipitación desde una disolu-ción del aditivo utilizando CO2 como anti-disolvente, de forma que las partículas secomportan como núcleos para la precipi-tación del agente encapsulante (41). Esteprocedimiento es especialmente adecua-do para materiales orgánicos, como lasproteínas insolubles en CO2 SC (42).

En la coprecipitación se pueden utilizardisolventes diferentes para la sustanciaactiva y el aditivo, dependiendo de susolubilidad. Las dos disoluciones se mez-clarían y se adicionaría el fluido super-crítico como antidisolvente. El procesodenominado SEDS (Supercritical Enhan-ced Dispersion of Solution) utiliza un ori-ficio para inyectar varias disolucionesliquidas en el FSC (43). Los procesos deprecipitación utilizando SAS permitenconseguir elevadas concentraciones. De-


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pende de la concentración inicial de com-puesto activo y aditivo, y de la afinidadentre estos dos compuestos. Cuando nose da esta afinidad entre los compuestosse puede conseguir que el aditivo precipi-te de forma amorfa, en otros casos preci-pita en forma cristalina, aunque se puedeactuar mediante la utilización de tensoac-tivos en la precipitación de la mezcla (44).

Las variables del proceso que más influ-yen en la morfología de la formulaciónson la concentración inicial de sustanciaactiva y el aditivo. En la formulación de β-caroteno y el PEG es posible obtener dife-rentes morfologías como esferas huecas,carotenoides parcialmente cubiertos conpartículas relativamente pequeñas, esfe-ras de PEG, o partículas esféricas de su-perficie lisa, con cambios en la relaciónentre la concentración de polímero y loscarotenoides (45). Si la sustancia activa seincorpora en un estado amorfo en el por-tador, el tamaño de las partículas obteni-das puede ser más pequeño que el tama-ño de las partículas del material del com-puesto activo puro precipitado en las mis-mas condiciones (46). La temperatura esotro parámetro clave en el proceso decoprecitación mediante SAS, ya que enalgunos casos, la adición de disolventesorgánicos a la mezcla polímero CO2 SCpuede conducir a una separación en dosfases líquido-líquido a temperaturasmoderadas (47).

Extracción de Emulsiones con Fluidos Supercríticos (SFEE)

La formulación mediante emulsiones esuna vía usual de distribuir compuestos nopolares en un medio acuoso. Esta formu-lación requiere la utilización de un agenteemulsionante, normalmente un disolven-

te orgánico, aunque se han desarrolladoformulaciones de emulsiones estabiliza-das por impedimento estérico mediantebiopolímeros modificados como almido-nes (48).

La aplicación de los fluidos supercríticosen la formulación mediante emulsionesaparece como una alternativa para evitarla presencia de disolvente orgánico en laformulación final, evitando el uso de ele-vadas temperaturas que requieren losprocesos de separación convencionales.Por otra parte, los fluidos supercríticos noson normalmente capaces de producirpartículas de tamaño nanométrico y fre-cuentemente los productos obtenidospresentan problemas de aglomeración.La combinación de estas dos tecnologíasfue presentada por Perrut et al (49), queproponen un proceso basado en la for-mación de una emulsión agua/orgánico,seguido de extracción con CO2. Un com-puesto soluble en un medio acuoso sedisuelve en la fase dispersa agua/orgáni-co, el CO2 SC junto con el disolventeorgánico actúan como medio de secadopara formar las partículas. Este procesopermite secar partículas de proteínas atemperaturas moderadas (50). Chattopa-dhyay et al (51, 52) proponen un procesopara producir micropartículas y nanopar-tículas a partir de una emulsión orgánico-agua, mediante la disolución del solutoen un disolvente orgánico, la formulaciónde la emulsión y posterior extracción deldisolvente. Durante la extracción las pri-meras gotas de la fase dispersa se saturancon el CO2 y, a continuación, el CO2

extrae el disolvente. Durante la saturacióncon el CO2, cada gota se comporta comoun microprecipitador en el que se produ-ce la precipitación del soluto mediante el


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efecto antidisolvente del CO2 (53). Gene-ralmente el producto final obtenido poreste método consiste en una suspensiónde micro o nanopartículas en agua. Estosautores han patentado el proceso como“extracción de emulsiones con fluidossupercríticos” (SFEE), y es especialmenteadecuado para producir nano-suspensio-nes de productos naturales que son pocosolubles o insolubles en agua, en lugar deobtener partículas secas que requierensecado por spray, secado a vacío o liofili-zación para producir partículas de polvo.La encapsulación de partículas, usandoeste procedimiento, se presentó (54, 55)para producir compuestos activos formu-lados en polímeros que permiten la libe-ración controlada del compuesto activo.Una de las ventajas de la utilización deemulsiones para la encapsulación es quesi la solución activa se disuelve en la fasedispersa y el aditivo en la fase continua,

se puede obtener una formulación finalen forma de microcápsulas. Este procedi-miento se ha utilizado para formular β-caroteno en agua mediante la formaciónde una nanosuspensión del diclorometa-no en agua (56).

Este procedimiento puede operar encontinuo o por cargas. Los equipos sonequivalentes a los utilizados para los pro-cesos de precipitación utilizando un gascomo antidisolvente. La figura 7 presen-ta el diagrama de la operación en conti-nuo. Una emulsión de la sustancia activaen fase dispersa se inyecta en el precipita-dor junto con una corriente de CO2, obte-niéndose una formulación liquida que re-queriría de una etapa de secado paraobtener la formulación en fase sólida. Lasvariables del proceso son las descritas enel proceso SAS (presión, temperatura,caudal y concentracion), pero además secuenta con la distribución del tamaño de


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Figura 7. Diagrama del proceso SFEE.

las gotas de emulsión, que limita el creci-miento de las partículas y permite obte-ner partículas de tamaños inferiores al delas gotas formadas (53). La formación dela emulsión de la sustancia activa requie-re el uso de un material tensoactivo y téc-nicas de dispersión de alta energía. Paraoptimizar esta tecnología es importantecomprender la variación de las propieda-des de la emulsión durante la saturacióncon el fluido supercrítico, teniendo encuenta parámetros como los cambios enel tamaño de gota de la fase dispersa,debido a la disolución de la CO2 SC, o laposible pérdida de la estabilidad de laemulsión causada por el CO2, y la relaciónentre la cinética de emulsificación y crista-lización en el proceso.

ConclusionesLa obtención de sustancias naturales conFSC, y en particular con CO2, presentaventajas claras: la no-toxicidad y fácil eli-minación de los solventes, o la operacióna temperaturas moderadas y en una at-mósfera inerte que evita la degradacióndel producto. Esta tecnología ha dadolugar a diferentes desarrollos industriales,principalmente en la industria alimentaria.La posibilidad de cambiar las propiedadesde los fluidos supercríticos con variacionesde la presión y la temperatura, o por laadición de disolventes, ha dado lugar adiferentes técnicas de precipitación queson capaces de procesar una gran varie-dad de materiales con tamaño y morfolo-gía controlada. Además la capacidad delos fluidos supercríticos de modificar losmateriales poliméricos que actúan deportadores como plastificación, hincha-zón, reducción de la temperatura de fu-sión etc., así como las interacciones entre

el portador y la sustancia activa, permitemodificar y controlar la forma en que lasustancia activa se incorpora al portador,lo que aporta unas propiedades únicas ala formulación. Estas posibilidades estánlimitadas por el hecho de que la produc-ción de formulaciones de la sustancia acti-va-portador están basadas, en gran medi-da, en conocimientos empíricos; y no seconocen los mecanismos que rigen la for-mulación del fluido supercrítico, el porta-dor y la sustancia activa. Un estudio deta-llado de los fundamentos en que se basanestos procesos puede dar lugar a nuevasoportunidades de controlar las propieda-des de las formulaciones de aditivos ali-mentarios mediante tecnologías basadasen la utilización de fluidos supercríticos.

AgradecimientosAgradecemos a la Junta de Castilla y Leónpor la financición de la línea de investiga-ción en formulación de compuestos natu-rales. Proyecto GR11.

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IntroducciónEn una época de cambios como la actual,en la que están sucediendo importantesmutaciones en el escenario mundial entodos los ámbitos, los envases no hanquedado al margen. Globalización, inter-nacionalización, apertura de mercados,estabilidad económica en las áreas geo-gráficas de mayor desarrollo, junto a fac-tores sociales como el envejecimiento dela población, mayor poder adquisitivo,cambios en las formas de convivencia,tamaño de los hogares y usos familiares,cambios de usos y costumbres alimenta-rias, etc., están haciendo surgir nuevasformas de envases y tecnologías de enva-sado.

Las innovaciones son continuas, fruto delos muchos esfuerzos y recursos que cadadía más dedican a la investigación y desa-rrollo los sectores productores y usuariosde envases y embalajes, tratando de satis-facer las demandas de los consumidoresen unas sociedades cultural y económica-mente avanzadas. En ese contexto, elenvase ha pasado de ser entendido comoun mero recipiente cuyo fin básico es con-tener el alimento actuando como barrerapasiva que separa el contenido del medioambiente, a desempeñar un papel activoen el mantenimiento o incluso mejora dela calidad del alimento envasado.

Se entiende como envase activo un siste-ma alimento/envase/entorno que actúade forma coordinada para mejorar lasalubridad y la calidad del alimento enva-sado y aumentar su vida útil (Catalá yGavara, 2001). En general, el objetivo delenvase es proteger al alimento envasadocontra los agentes responsables de laalteración física, química, enzimática omicrobiológica, mediante interaccionesbeneficiosas creadas entre el alimento yel envase. Con el envase activo se trata decorregir las deficiencias del sistema deconservación, con diversas formas de ac-tuación, bien sobre la composición de laatmósfera interior o con sustancias queemiten o retienen gases y vapores, o bienmodificando la composición y/o caracte-rísticas del alimento, liberando sustanciasde acción positiva sobre el alimento o ab-sorbiendo/reteniendo componentes inde-seables.

Junto al término envase activo aparecegeneralmente el de envase inteligente.Ambos términos se han usado en muchasocasiones como sinónimos, cuando real-mente se refieren a conceptos diferentes,aunque muy próximos y que pueden seren muchos casos complementarios. Seentiende por envase inteligente un enva-se capaz de efectuar una función inteli-gente como detectar, mostrar, registrar ocomunicar una información sobre el esta-

Innovaciones en el envasado de los alimentos. Envasado activo y envasado inteligenteDr. Joaquín Gómez Estaca, Dr. Rafael Gavara Clemente y Dr. Ramón CataláMoragrega


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do del alimento envasado o el entorno deéste, para facilitar una toma de decisionesque permita extender la vida útil, aumen-tar la seguridad, mejorar la calidad o pre-venir posibles problemas. El envase inteli-gente implica siempre el sistema comple-to alimento/envase/entorno, de formaque el envase analiza el sistema, procesala información y la presenta, sin ejercergeneralmente ninguna acción. Por el con-trario, el envase activo realiza la acción.Ambas funciones pueden ser, por tanto,complementarias y no excluyentes (Yamet al, 2005).

La utilización de los envases activos e inte-ligentes en los países de la Unión Europeaestá respaldada por el reciente Reglamen-to CE Nº 450/2009 sobre materiales yobjetos activos e inteligentes destinados aentrar en contacto con alimento. En suartículo 3 define los materiales y objetosactivos como los destinados a prolongarla vida útil o mejorar el estado del alimen-to envasado. Están diseñados para incor-porar intencionadamente componentesque liberarán sustancias en el alimentoenvasado o en su entorno o absorberánsustancias del alimento o de su entorno.También la misma reglamentación distin-gue y define el concepto de materiales yobjetos inteligentes en contacto con ali-mentos como aquellos que controlan elestado de los alimentos envasados o desu entorno (CE Nº 450/2009).

Los envases activos e inteligentes han idointroduciéndose comercialmente y ya sonmuchos y muy diversos los usos, sobretodo en Japón, Australia y Estados Uni-dos. En Europa la difusión de estas tecno-logías ha sido mínima hasta fechas recien-tes, si bien cabe esperar una rápida ex-pansión. Sin duda, las tecnologías de en-

vases activos e inteligentes constituyen yaen la actualidad una alternativa plena-mente aceptada, con excelentes perspec-tivas de futuro para la mejora de la cali-dad y aumento de la vida útil de los ali-mentos industrializados.

En las presentes notas se comentan bre-vemente las tecnologías de mayor interésy su difusión actual.

Tecnologías de envasesactivos

Desde los inicios del desarrollo de estastecnologías la forma más usual para intro-ducir el elemento activo en el sistema hasido la utilización de una pequeña bolsa,sobre o etiqueta, conteniendo dicho prin-cipio, por ejemplo, hierro para eliminar eloxígeno residual en el envase, o gel de síli-ce para eliminar la humedad. La bolsa seconstruye con material polimérico sufi-cientemente permeable para permitir laliberación y/o actuación del principio acti-vo, pero sin que entre en contacto, engeneral, con el producto. Por supuestodeben usarse materias activas que nopongan en peligro la salubridad del pro-ducto envasado. Actúan así la mayor par-te de los sistemas que han constituido laprimera generación de envases activos yaún sigue siendo una técnica ampliamen-te implantada (Rooney, 1995).

Una alternativa ya ampliamente utilizadapara algunos productos y que sin duda segeneralizará en el futuro es la introduc-ción del principio activo en el propiomaterial de envase, bien formando partedel polímero, bien incorporado por mediode algún componente del mismo (Kruif etal, 2002). Podría decirse que se hace unaprovechamiento positivo de los mecanis-

mos de transferencia de masa –migra-ción, sorción y permeabilidad–; en lugarde ceder al alimento sustancias indesea-bles se ceden sustancias con efecto bene-ficioso, previamente incorporadas al mis-mo, o bien elimina por sorción compo-nentes indeseables del alimento. Esta es,sin duda, la forma más atractiva para elconsumidor, que así no encuentra nadaextraño en el interior del envase que pue-da llamarle la atención y hacerle dudarsobre la calidad sanitaria del alimento queva a consumir y, así mismo, simplifica latecnología de envasado al eliminar la ope-ración de introducción del sistema activoen el envase.

Se han propuesto muy diversas formas deenvases activos para el control de diferen-tes problemas de deterioro o alteraciónde la calidad de los alimentos, tales comocontrol de gases en el interior del envase,oxígeno, dióxido de carbono, etileno…,regulación de la humedad, adición deconservantes químicos, incorporación dearomas, eliminación de olores extraños ysustancias indeseables, o control de lacontaminación microbiológica (Rooney,1995).

Como materiales de base para el desarro-llo de envases activos se ha utilizadopapel y cartón, plásticos, metales o com-binaciones de ellos, pero, en general, losdesarrollos de tecnologías de envasesactivos emplean materiales plásticos. Encuanto a la naturaleza de los agentesactivos que pueden ser objeto de interéses muy diversa: ácidos orgánicos, enzi-mas, nutrientes, extractos naturales deplantas, componentes aromáticos, bacte-ricidas, fungicidas, antioxidantes, etc.,con los que se trata de desarrollar enva-ses activos para el control de muy diferen-

tes problemas de deterioro o mejora de lacalidad de los alimentos (Rooney, 1995;Ahvenainen, 2003; Ozdemir y Floros,2004; López Rubio et al, 2004; Almenaret al, 2006; Catalá et al, 2008).

Se presenta a continuación informaciónbásica sobre tecnologías de envases acti-vos de interés e implantación comercial.

Envases activos para el control de oxígeno

El oxígeno es el reactivo necesario para lamayor parte de los procesos metabólicosy bioquímicos que tienen lugar en los ali-mentos. La presencia de altos niveles deO2 da lugar a crecimiento de microorga-nismos, enranciamiento de componentesgrasos, deterioro enzimático, oxidaciónde vitaminas o pérdida de aromas, cau-sando en conjunto la reducción de la vidaútil de los alimentos. Junto al oxígeno, lapresencia de especies reactivas tales co-mo los radicales libres, superóxido, hidró-xilo, así como oxígeno singlete que segeneran en los alimentos por diferentesmecanismos (Kruk, 1998) pueden estarimplicados en reacciones de oxidación delípidos y otros componentes del alimen-to, contribuyendo a su deterioro.

La presencia de oxígeno en los alimentosenvasados puede limitarse en generalcon aplicación de vacío o envasado enatmósfera modificada, junto con la utili-zación de materiales de envase de altabarrera. No obstante, no siempre se con-sigue eliminar el oxígeno por completode una manera efectiva, bien por su pre-sencia residual o por permeación desde elexterior a través de la pared del envase.

La aplicación de absorbedores de oxígeno(“scavengers”) es una de las mejores for-

Innovaciones en el envasado de los alimentos. Envasado activo y envasado inteligente

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mas de control directo del oxígeno pre-sente en el espacio de cabeza del envase.El uso de sistemas absorbedores de oxíge-no en combinación con la tecnología deenvasado adecuada puede dar excelentesresultados consiguiendo reducirlo a nive-les muy bajos (incluso < 0,01 %), imposi-bles de alcanzar en las líneas de envasadopor aplicación de vacío o incorporaciónde gases.

Las tecnologías de absorción de oxígenodesarrolladas se basan en la oxidación decompuestos como polvo de hierro, ácidoascórbico, dienos fotosensibles, enzimas(glucosa oxidasa y etanol oxidasa), ácidosgrasos insaturados, H2-paladio, etc. (Eskiny Robinson, 2001), materiales normal-mente combinados e introducidos en bol-sitas o etiquetas adhesivas de un materialpermeable al oxígeno, o bien lacados,dispersos, embebidos o inmovilizados enel propio material de envasado (usual-mente en una de las capas de los comple-jos). Los sistemas basados en polvo dehierro mezclado con ácido ascórbico oenzimas son los más utilizados. Este polvode hierro, en función de su cantidad,absorbe entre 5 y 2.000 ml de oxígeno,siendo más efectivo en combinación conmateriales de envasado de buena barreraal oxígeno, que evitan su saturación ypérdida de eficacia. Sistemas comercialesabsorbedores de O2 en bolsas o etiquetasson, entre otros: Ageless® (Mitsubishi GasChemical, Japon), Freshilizer® (ToppanPrinting, Japón), Vitalon (Toagosei Chem.Industry Co. Ltd., Japón), FreshMax (Mul-tisorb Technologies, EE.UU.), ATCO (EM-CO Packaging Systems, UK). Absor-bedores de oxígeno también se encuen-tran ya en el mercado formando parte delos materiales de envase, constituyendo

sistemas que actúan con buena efectivi-dad, además de eliminar riesgos de rotu-ra accidental o ingestión de contenidopresentados por las bolsas. Sistemascomerciales bien introducidos son Dar-fresh® (Cryovac, Sealed Air Corporation,EE.UU.), Oxguard (Toyo Seikan Kaisa Ltd.,Japón), Shelfplus O2 (Ciba Speciality,Suiza), ZerO2 (Food Science Australia),N/A (Chevron Chemical, USA) (Hurme etal, 2002; Catalá et al, 2008; Coma, 2008;Day, 2008).

Emisores/absorbedores de dióxido de carbono

Los emisores/absorbedores de dióxido decarbono encuentran aplicación para elcontrol del CO2 en la atmósfera de enva-sado. El aumento de la cantidad de CO2

en el interior del envase resulta muy bene-ficioso para prolongar la vida útil de de-terminadas frutas y verduras, dado el re-traso de su respiración, reducción de cam-bios de color, mejora de textura y retrasodel desarrollo de bacterias, mohos y leva-duras. La emisión de cantidades de dióxi-do de carbono del 20% o más, lleva asupresión del crecimiento microbiano,además de evitar el colapso del envase oun vacío parcial causado por el consumode O2, dada la alta tasa de respiración delproducto hortofrutícola o el uso de unabsorbedor de O2.

Mediante la utilización de sobres con bi-carbonato sódico se consigue generar elCO2 necesario para controlar la respira-ción del producto. Estos sobres suelenprepararse con materiales sintéticos alta-mente impermeables al CO2 como elPVdC. En ocasiones, se emplean los so-bres con una doble función, es decir, laemisión del dióxido de carbono se acom-


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paña de la absorción de oxígeno median-te el uso de carbonato ferroso o la mez-cla de ácido ascórbico y bicarbonato sódi-co. Comercialmente se encuentran so-bres de doble función como los produci-dos por Ageless® (Mitsubishi Gas Chemi-cal, Japón), Freshmax® (Multisorb Tech-nologies, EE.UU.), Freshilizer® (ToppanPrinting, Japón).

Algunas frutas y verduras presentan tasasde respiración altas, que generan en elinterior del envase concentraciones deCO2 excesivas con la consiguiente apari-ción de olores anómalos, cambios decolor, rotura de tejidos, etc. Para reducirestos niveles del gas se utilizan absorbe-dores de CO2, cuyo agente activo es elhidróxido cálcico o el carbón activo. Lamayor parte de los sistemas anteriormen-te citados actúan en la práctica de formadual por emisión o absorción del CO2

(Coma, 2008).

Absorbedores de etileno

El etileno, hormona vegetal producida du-rante la maduración de frutas y verduras,es la encargada de modificar su calidad ylongevidad por aumento de la tasa de res-piración, ablandamiento de tejidos y ace-leración de la senescencia. Además, pro-mueve la degradación de la clorofila, dan-do lugar a una serie de desórdenes fisio-lógicos como manchas marronáceas enlechugas y amarillamiento de guisantes,sabor amargo en zanahorias o endureci-miento en los espárragos.

La incorporación de absorbedores de eti-leno en el envasado de productos horto-frutícolas está dando buenos resultadospara prolongar su vida útil, facilitando portanto su comercialización y exportación.

Actualmente, las formas usuales de incor-porar estos absorbedores es contenidosen el interior de una bolsita, o bien inte-grados en el propio material de envase oen la tinta de impresión.

Existen una gran cantidad de sustanciascapaces de absorber etileno. Entre ellas,carbón activo, zeolitas o permanganatopotásico. El permanganato (4-6%) em-bebido en un sustrato inerte como gel desílice, alúmina o arcilllas es la sustanciabase de la mayoría de los absorbedoresde etileno comerciales. Este compuesto,que se presenta en el mercado en bolsi-tas, muestra una actividad y efectividaddependientes del área de superficie de labolsa y de su cantidad. Su funcionamien-to se basa en la oxidación del etileno aacetato y etanol, cambiando de color mo-rado a marrón al alcanzar el estado desaturación. Aplicaciones comerciales debolsitas absorbedoras de etileno son N/A(Stenda Life System, EE.UU.), Green Pack(Rengo Co., Japón), N/A (Ethylen ControlIncorporated, USA), Power Pellet® (Ethy-lene Control Inc., EE.UU.), Retarder (Bio-conservación, España). Como alternativa,también se comercializan absorbedoresde etileno basados en carbón activo,como Neupalon (Sekisui Jushi Ltd., Ja-pón), Sendo-Mate (Mitsubishi Gas Che-mical Co., Japón), Hatofresh (Honshu Pa-per Ltd., Japón) (Almenar et al, 2006; Day,2008).

Como alternativa al uso de absorbedoresde etileno en bolsitas se está extendiendola incorporación de dichos absorbedoresen una matriz polimérica. Así, se introdu-cen arcillas y zeolitas homogéneamentedispersas en concentraciones en torno al5% en materiales de uso común en elenvasado de alimentos como polietileno


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o polipropileno. Al parecer, la acción deestos materiales puede deberse tanto a lacaptación del etileno por los materialesfinamente dispersos en el polímero comoa su pérdida por los poros generados porlas finas partículas que pueden alterar laspropiedades de intercambio gaseoso. Eletileno difunde más rápido a través de losporos generados que por la permeabili-dad del propio material, además estosporos hacen decrecer el CO2 y aumentarel O2 rápidamente, factores favorecedoresde la disminución del etileno, afectandolos tres conjuntamente la vida útil del pro-ducto envasado. Se están comercializan-do diferentes materiales con esta tecnolo-gía, entre muchos otros, Evert-Fresh(Evert-Fresh Coorporation, EE.UU.), Peak-fresh® (Peakfresh Products, Australia), BOfilm (Odja Shoji Co. Ltd., Japón), ABC film(Asahi Glass Co, EE.UU.), Bio-fresh (GrofitPlastics, Israel) (Almenar et al, 2006; Day,2008).

Envases activos para el control de la humedad

El control de la humedad en los alimentosenvasados es otra aplicación de interéspráctico de los envases activos. Se emple-an ampliamente absorbedores de hume-dad para el control de la condensación deagua en el interior del envase de carnes,pescados o productos vegetales frescos,que puede afectar a la calidad y desvalo-rizar su presentación comercial. En losproductos vegetales, como consecuenciade la transpiración se genera en el interiordel envase una acumulación de vapor deagua que, dependiendo del producto,puede desarrollar cambios no deseadoscomo endurecimiento por desecación,absorción de humedad en la superficie,

generación y acumulación de agua líqui-da, y condensación sobre el material deenvasado, con el consiguiente efecto enla presentación del producto que puedellevar a rechazo por parte del consumidor.Asimismo, en carnes y pescados frescoses común el exudado de líquidos que seacumulan en el fondo de los envases conlos consiguientes problemas de creci-miento microbiano.

Se han desarrollado diferentes sistemaspara controlar los inconvenientes asocia-dos a la presencia de humedad. Con ma-teriales desecantes, como gel de sílice,óxido de calcio, cloruro cálcico, arcillasnaturales y almidón modificado, se consi-gue la disminución del contenido acuososuperficial de los productos, controlandoasí el crecimiento de mohos, levaduras ybacterias. Son aplicaciones comercialesbolsitas desecantes como Tyvek, Natra-sorb, Minipax, Strippax, DesiPak, Desi-View (United Desiccant, EE.UU.), Sorb-it,Trisorb® (Multisorb Technologies Inc.,USA), Peaksorb (Peakfresh Products, Aus-tralia). También se han desarrollado mate-riales que básicamente consisten en unpolímero superabsorbente localizado en-tre dos capas de polímero microporoso,siendo las sales de poliacrilato y los copo-límeros de almidón los más utilizados. Es-tos dispositivos se suelen colocar en lasbandejas de comercialización del produc-to fresco (Almenar et al, 2006).

Para evitar la condensación de la hume-dad sobre el material de envase y la for-mación de gotas que desvalorizan la pre-sentación comercial del producto, se in-corporan a los materiales plásticos queconformarán el envase antes de su extru-sión aditivos antivaho tales como etoxila-tos no iónicos o monoglicéridos. Estos


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aditivos disminuyen la tensión interfacialentre polímero y agua condensada, lo-grando que las gotas condensen en lasuperficie del plástico hasta que finalmen-te se unen formando una fina películacontinua. Esto permite al consumidor verclaramente a través del material el conte-nido del envase, aunque no influye en elproducto por no afectar a la cantidad deagua líquida del interior del envase. En elmercado con tal fin aparecen, entre otros,Atmer (Uniquema and Ciba SpecialtyChemicals, UK) y Techspere (Techmer PM,EE.UU.) (Day, 2008).

Envases activos antimicrobianos

Sin duda, la tecnología de envasado acti-vo que recibe la mayor atención es el en-vase antimicrobiano. Como es bien sabi-do, el desarrollo de microorganismos es laprincipal causa de deterioro de los ali-mentos. Para su control, se utilizan habi-tualmente diferentes sustancias antimi-crobianas, aplicadas directamente sobreel producto, como complemento o alter-nativa a las técnicas físico-químicas deconservación. No obstante, la aplicacióndirecta de éstos sobre la superficie delproducto mediante pulverización o in-mersión puede ser poco efectiva, ya queel agente ejerce un efecto limitado sobrela microbiota superficial debido a su rápi-da difusión al interior del producto. Laincorporación de las sustancias antimicro-bianas al envase puede ser, sin duda, unaalternativa para mantener su actividad deforma efectiva. Las aplicaciones potencia-les de los envases activos antimicrobianosles han hecho objeto de gran atenciónpor parte de muchos grupos de investiga-ción, y ya hay desarrollados diferentes sis-

temas comerciales para la conservaciónde algunos alimentos.

La acción antimicrobiana en los envasesactivos puede estar basada en la emi-sión de sustancias volátiles al espacio decabeza del envase o en la migración delcomponente activo del material deenvase al alimento envasado; los polí-meros antimicrobianos permiten unalenta liberación de sustancias bacterici-das, fungicidas o aditivos antimicrobia-nos compatibles con los alimentos. Otraopción es la inmobilización química ofísica del agente activo en el material deenvase, de forma que ejerza su acciónpor contacto directo del producto con lasuperficie del envase. Asimismo, existenpolímeros que presentan por sí mismoscapacidad antimicrobiana, como es elcaso del quitosano, o bien capacidadantimicrobiana creada por la modifica-ción de la superficie, como son algunaspoliamidas tratadas por irradiación(Appendini y Hotchkiss, 2003; Han,2005; Coma, 2008),

Las sustancias volátiles antimicrobianascomunes como SO2, ClO2 o etanol incor-poradas al material de envase permitencontrolar el crecimiento de hongos y bac-terias; el SO2, incorporado al materialcomo metabisulfito, es el más utilizadopor su efectividad frente al crecimiento demohos en frutas. Otros compuestos volá-tiles que han recibido atención son algu-nos componentes de alimentos; com-puestos como el hexanal, 1-hexenol, ben-zoato de metilo, 2-nonanona, entre otroscomponentes de algunos aromas de ali-mentos, inhiben el crecimiento de hon-gos; la 2-nonanona, volátil propio delaroma de la fresa, muestra propiedadesfungistáticas que aumentan la vida útil


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de fresas y manzanas (Almenar et al,2007).

Un amplio número de sustancias novolátiles de acción antimicrobiana pue-den incorporase a materiales poliméricosformando parte como componentes delos mismos, de donde pueden migrar alalimento envasado, o bien inmovilizandola sustancia activa sobre el material deenvase, de forma que la acción se ejercepor contacto del producto envasado.Son muchas las sustancias antimicrobia-nas estudiadas: ácidos orgánicos débiles–acético, benzoico, sórbico, cítrico, pro-piónico, entre otros– o sus sales; enzimas–lisozima, glucosa oxidasa–; bacterioci-nas –nisina, pediocina–; fungicidas sinté-ticos –imazalil–; metales –plata, cobre,zirconio–; extractos naturales de plantas–romero, tomillo, orégano–, etc.(Appendini y Hotchkiss, 2002). En gene-ral, los materiales desarrollados utilizancomo base polímeros sintéticos conven-cionales, mayoritariamente poliolefinas,pero actualmente hay un interés crecien-te en la utilización de biopolímeros.Biopolímeros basados en polisacáridoscomo celulosa y derivados, almidón, algi-natos, carragenatos y quitosanos, y tam-bién derivados de proteínas como zeínade maíz, gluten de trigo, caseína, aisla-dos de soja, o colágeno y gelatina, entreotros, han sido base para el desarrollo debiopolímeros activos antimicrobianos(Catalá et al, 2008).

Envases inteligentes

Los envases inteligentes disponen dealgún indicador interno o externo quedetecta, muestra o comunica una infor-mación sobre aspectos del estado del ali-

mento envasado, del propio envase o delentorno de éste, para facilitar una tomade decisiones que permita extender la vi-da útil, aumentar la seguridad, mejorar lacalidad o prevenir posibles problemas.

En la práctica, cualquiera que sea la formaque tome un envase inteligente, constade un dispositivo o forma de presenta-ción, adquisición o procesado de datos,un sistema de comunicación de la infor-mación y un dispositivo receptor de lamisma que permita la toma de decisiones.Todas estas funciones pueden incluso es-tar en un sistema único. Generalmente, elsistema inteligente está constituido poruna etiqueta o placa situada sobre el pro-pio envase que facilita la información y lacomunicación. Hay dos formas básicas deenvases inteligentes: a) sistemas portado-res de datos –etiquetas de códigos debarras o placas de identificación por radiofrecuencia– que se usan para almacenar otransmitir datos, y b) indicadores de inci-dencias en el envasado –indicadores tiem-po/temperatura, indicadores de gases obiosensores– que permiten el control delmedio y del producto envasado (Yam etal, 2005).

Sistemas portadores de datos

El código de barras es, con mucho, laforma más simple y extendida de sistemainteligente. Actualmente su aplicación esgeneral para la comercialización de todotipo de productos envasados, pero la in-formación que puede facilitar es limitada,aun con las nuevas formas de códigos debarras desarrollados, tales como los siste-mas RSS expandido, PDF 417 o de simbo-logía compuesta.


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Las etiquetas o placas de identificaciónpor radio frecuencia (RFID) son una formamás avanzada de almacenamiento e iden-tificación automática de datos, que estáempezando a ser aplicada en los produc-tos envasados. Un sistema RFID consta deun emisor que emite ondas de radio fre-cuencia para captar la información de unaetiqueta o placa situada en el envase, quees transferida a un sistema de lectura yelaboración de la información. Las placaso dispositivos RFID pueden ser, bien eti-quetas pasivas que contienen la informa-ción y que se activan por la energía quesuministra el lector, o pueden disponer deun circuito o microchip propio que emitelas señales al lector. Cualquiera que sea elsistema, estos dispositivos no requieren lavisualización por el lector para la transfe-rencia de datos y pueden ser leídas congran rapidez. Los dispositivos de RFID pue-den almacenar gran cantidad de informa-ción comercial del producto, pero tambiéninformación técnica, como las incidenciastérmicas, características nutricionales delalimento o instrucciones de uso. La im-plantación de RFID en los envases puedeaportar soluciones de gran interés prácti-co, como son el control de “stocks” ylocalización de productos envasados enalmacenes y aun más el control de com-pra y cobro en puntos de venta.

La implantación de la RFID para el controlde envases es en la actualidad incipiente,tanto por su precio que es aún muy eleva-do para ser asumido por la mayor partede productos de consumo, como por difi-cultades técnicas para su posición e iden-tificación aun no bien resueltas (Clarke2008). Las posibilidades que porta estatecnología son realmente prometedoras ycabe esperar que en muy pocos años la

identificación por radio frecuencia estétan implantada en los envases como loestá actualmente el código de barras.

Indicadores de incidencias en el envasado

Otra línea de desarrollo de envases inteli-gentes para alimentos que suscita graninterés son los genéricamente calificadoscomo indicadores de incidencias en el en-vasado. Así, la temperatura es uno de losfactores medio ambientales de mayor in-cidencia en la conservación de los produc-tos envasados. Es una constante aspira-ción de los consumidores conocer si unalimento congelado o refrigerado, por e-jemplo, ha mantenido adecuadamente latemperatura durante todo el almacena-miento. Se trabaja activamente en el de-sarrollo de indicadores de tiempo-tempe-ratura, con la finalidad de servir de alertaa los consumidores sobre las incidenciastérmicas que ha sufrido un producto en-vasado durante el almacenamiento y co-mercialización, y ya hay en el mercadoalgunos de estos indicadores con buenosresultados prácticos, tales como FreshCheck® Indicator (Temptimecorp, EE.UU.),TT SensorTM (Avery Dennison, EE.UU.),Monitor Mark (3M, EE.UU.), CheckPoint(Vitsab International, Suecia), FoodSentinel SystemTM (SIRA Technologies,EE.UU.). En general están constituidos poretiquetas autoadhesivas que contienen unpolímero sensible al tiempo y a la tempe-ratura, que oscurece gradualmente y deforma irreversible con la exposición acu-mulativa a la temperatura (Taoukis, 2008).

La composición del gas de espacio decabeza de los envases se ve modificadaconstantemente como consecuencia de laactividad del propio alimento, de la natu-


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raleza del envase o de las condiciones am-bientales. El conocimiento de la evoluciónde dicha composición puede ser, por tan-to, un buen indicador de las modificacio-nes de la calidad y vida útil del alimentoenvasado. Se comercializan ya indicado-res, sobre todo de la concentración deoxígeno, vapor de agua o dióxido de car-bono, aunque todavía su desarrollo esincipiente.

Otros desarrollos de envases inteligentesque están presentando resultados de inte-rés práctico son los indicadores de conta-minación microbiológica. Así, Spoiling In-dicator (Avery Dennison, EE.UU.) estáconstituido por una etiqueta con un com-plejo con Pd que reacciona con volátilesque contienen compuestos con S o N quese forman en los procesos de alteraciónmicrobiológica; al reaccionar el complejoinduce un cambio de ligando y crea unafluorescencia provocando un cambio decolor de la etiqueta de rosa a amarilloindicando la alteración del producto. Otrodesarrollo de interés es el FreshTagR (CoxTechnology, EE.UU.), constituido por unaetiqueta con colorante no tóxico indica-dor de presencia de aminas generadaspor la alteración de pescado. La etiquetatiene un pequeño orificio en el reversopor el que los vapores difunden a la eti-queta y reaccionan con el colorante, cam-biando de color gradualmente, hasta indi-car que el producto debe ser desechado(Smolander, 2008).

Aunque aún en estado de desarrollo muyincipiente, una forma de envase inteligen-te que suscita el mayor interés es el bio-sensor. De forma general, un biosensor esun mecanismo analítico compacto quedetecta, registra y transmite informaciónreferente a las reacciones bioquímicas que

tienen lugar en el alimento envasado. Elsistema consta de dos componentes, unbioreceptor que reconoce la presencia deun analito determinado y un transductorque identifica la señal y la convierte enidentificable. El bioreceptor es general-mente un material biológico, tal comoenzimas, hormonas, microorganismos,ácidos nucleicos, etc., específicos de lareacción que tiene lugar. Los biosensoresse caracterizan sobre todo por su especi-ficidad, sensibilidad y fiabilidad, por loque pueden servir para alertar al consumi-dor del estado sanitario o nutritivo delproducto envasado antes de su consumoy dar incluso una indicación del final de lavida útil del producto envasado. La idea essin duda muy atractiva, aunque aún seestá lejos del desarrollo comercial.

En conclusión, muchos son los frentes enlos que se trabaja activamente y en losque se manifiesta la innovación en losenvases. Si bien no cabe esperar desarro-llos revolucionarios a corto plazo, aunquenunca son descartables, sí estamos frentea un desarrollo e innovación continuo queseguirá en los próximos años, tratando decontribuir a la mejora de la alimentacióny, por tanto, de nuestra calidad de vida.

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IntroducciónLa preocupación por la alimentación y lasalud es una característica de nuestrotiempo y nuestra sociedad. Esta preocu-pación ha ido paradójicamente en au-mento al mejorar la disponibilidad de ali-mentos, las condiciones sanitarias, el co-nocimiento científico, el bienestar y laesperanza de vida. Actualmente los pro-blemas alimentarios están relacionadoscon intensificación, industrialización, glo-balización y abundancia. En un contextoglobal, se utiliza el término seguridad ali-mentaria para hacer referencia a unasituación en la que existe una oferta ydisponibilidad de alimentos adecuados,estable, sin fluctuaciones estacionales niescasez, en la que la población tieneacceso a los alimentos o capacidad paraadquirirlos, y los alimentos consumidosson inocuos y de calidad. En los paísesdesarrollados, las tres primeras premisasse alcanzan de forma generalizada, porlo que es la inocuidad de los alimentos elaspecto de mayor relevancia y porsupuesto el que más preocupa a autori-dades sanitarias, industria y consumidor.En los últimos años el consumidor euro-peo se ha visto expuesto a las crisis oescándalos alimentarios, que han mer-mado su confianza y cuestionan la segu-ridad, el control alimentario y las manerasde producción intensiva e industrializa-ción. Paralelamente se ha producido un

aumento en las actitudes de rechazo an-te los mensajes de las autoridades sanita-rias y en la desconfianza ante determina-dos avances tecnológicos aplicados a laobtención, industrialización y preparaciónde alimentos.

A la pregunta de si estamos más expues-tos a riesgos sanitarios por nuestra ali-mentación, las autoridades y la industriaalimentaria responden que nunca la segu-ridad alimentaria ha estado más reguladalegislativamente ni nunca la calidad y loscontroles de los alimentos y procesos hansido mayores. Sin embargo, la percepciónde muchos consumidores es diferente.Por una parte se puede pensar que la“modernización alimentaria” ha aporta-do mayor vulnerabilidad en los sistemasde producción de alimentos, que la globa-lización aumenta los riesgos, o que éstosse perciben más claramente, o que existeun número mayor de individuos suscepti-bles. También hay sitio para aventuradashipótesis sistémicas como la existencia deuna conspiración industrial (Cook, 2004)o el modo de vida opuesto a las “pautas”de la Naturaleza. Según algunos sociólo-gos (Beck, 2006) nuestra sociedad puededefinirse como una “sociedad de riesgo”que de manera creciente se preocupa porla seguridad y el futuro, y que pretendeevitar o minimizar los peligros, lo cualgenera la noción y la percepción acentua-da de riesgo e incertidumbre.

Evaluación de riesgos emergentes en seguridad alimentariaDr. Miguel Prieto Maradona, Dra. Rosa Capita Gonzálezy Dr. Carlos Alonso Calleja


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Concepto de riesgo

El riesgo es definido como la contingenciao proximidad de un daño. Cuando se uti-liza este término en relación con la segu-ridad alimentaria, se introduce general-mente la noción de probabilidad, y el ries-go se define como una estimación de laprobabilidad y severidad de un efecto ad-verso en la salud en poblaciones expues-tas como consecuencia de un peligro enun producto. Por su parte, el peligro es unagente biológico, químico o físico o unacondición en un producto que puede cau-sar un daño.

En los alimentos se pueden encontraruna amplia lista de peligros: microorga-nismos (bacterias, virus, parásitos, hon-gos), priones, toxinas microbianas o deorigen animal y vegetal, contaminantesquímicos (terapéuticos, plaguicidas, hor-monas, etc.), productos del cocinado,etc. La dieta en su conjunto tiene unainfluencia obvia sobre enfermedades cró-nicas tales como la obesidad, diabetes,enfermedad cardiovascular, diversos tiposde cáncer, osteoporosis, etc., pero concu-rrente con otros factores como los hábitosy el estilo de vida (tabaquismo, sedentaris-mo, etc.) y no se incluye en este capítulo.

Percepción del riesgo y factores que modifican la percepción del riesgo

La percepción del riesgo por parte de losconsumidores es muy variable, y dependeen gran parte de factores culturales y psi-cológicos. Los aspectos subjetivos e irra-cionales tienen gran importancia e influ-yen poderosamente en una mayoría delos consumidores. Por supuesto, lo que sepercibe puede estar muy alejado de una

estimación real del riesgo. Existen ade-más importantes diferencias en percep-ción que se observan entre individuos,regiones, grupos sociales, políticos, eco-nómicos, de edad, y culturales. A mane-ra de ejemplo, estudios realizados en Ale-mania detectan que la afiliación políticainfluye en la percepción de riesgo (Roo-sen, 2004). Además se observan cambiostemporales, de manera que la percepciónevoluciona a lo largo del tiempo. Los me-dios de comunicación, incluyendo inter-net, tienen una gran influencia por sucapacidad de amplificar los mensajes eincluso distorsionarlos. La percepción delriesgo resulta por tanto un factor irracio-nal y complejo que no necesariamenteresponde a la situación real.

Entre los principales factores y circunstan-cias que modifican la percepción del ries-go, el conocimiento científico es unaspecto clave, ya que las personas queposeen información clara, objetiva yexacta perciben el riesgo de manera dife-rente y lo afrontan con mejor actitud, loque resalta la importancia de la comuni-cación del riesgo. Cuando se trata deriesgos tecnológica o científicamentecomplejos los consumidores perciben elmensaje de distinta manera (priones,organismos modificados genéticamente,irradiación). Si las personas se exponen aun riesgo de manera voluntaria o el ries-go está asociado a su propio comporta-miento o prácticas, la percepción dismi-nuye (muchos consumidores lo asocian ala posibilidad de “control del riesgo” yaumenta su aceptación). Por el contrario,si el riesgo posee un potencial catastrófi-co la percepción de riesgo aumenta. Lainmediatez entre la exposición y la apari-ción de los efectos, el número de perso-

nas expuestas, la equidad y las conse-cuencias posibles para futuras generacio-nes son otros aspectos importantes. Exis-ten otros condicionantes menores. Elcontexto en el que se consumen los ali-mentos (hogar, trabajo, restaurante, etc.)influye y la sensación de riesgo frente aun producto puede verse incrementada oreducida dependiendo del lugar donde seconsume (condiciones de higiene, origende la comida, preparación). Las autorida-des y la industria alimentaria, a través demarcas, distintivos de calidad o informa-ción como la fecha de caducidad/consu-mo preferente y la composición, aportanconfianza o seguridad al consumidor. Lapercepción es también distinta depen-diendo del consumidor. Algunos tienenuna mayor percepción ante peligros denaturaleza química o tecnológica, mien-tras otros se preocupan más por los ries-gos biológicos, como microorganismos oparásitos. Existen unos consumidores con“sesgo optimista” y amantes del riesgo(risk takers) y otros en los que las creen-cias influyen decisivamente en su percep-ción. En general, las mujeres tienden apreocuparse más por la seguridad de losalimentos que los hombres.

Analizar la percepción del riesgo porparte del consumidor implica abordar eltema desde un enfoque multidimensio-nal. Son múltiples los factores que influ-yen en esa percepción de riesgo y en laseguridad que el consumidor aprecia enun producto.

Cambios en el sectoragroalimentario

Los cambios experimentados en el sectoragroalimentario en los últimos años son

múltiples y en algunos casos constituyenverdaderas revoluciones (Reza, 1998; Prie-to et al, 2008). Estos cambios se han pro-ducido en producción animal y vegetal yen tecnologías de procesado e industriali-zación de alimentos, así como en méto-dos de control, inspección, analítica y epi-demiología (por citar algunos ejemplos sepuede hacer referencia a la nanotecnolo-gía, la clonación o los alimentos modifica-dos genéticamente). Asimismo, la globali-zación implica la desaparición de las fron-teras para personas, alimentos, agentes ynoticias. Otro hecho evidente es la com-plejidad de la cadena alimentaria, que haobligado a introducir sistemas de trazabi-lidad. Las crisis y escándalos alimentarios(colza, BSE, dioxinas, aceite de orujo, acei-te de girasol, Salmonella, Anisakis, mela-mina, etc.) han sido en gran parte respon-sables de las profundas transformacionesen todos los sectores agroalimentarios.

Análisis del riesgo

El análisis de riesgos se ha convertido enuna metodología fundamental en el desa-rrollo de los estándares de seguridad ali-mentaria. El análisis de riesgos tiene trespartes diferenciadas que son la evalua-ción, gestión y comunicación de los ries-gos. Para evaluar los riesgos es necesarioidentificarlos y valorar de manera cualita-tiva y/o cuantitativa los efectos nocivospara la salud humana, así como la exposi-ción (presencia en la dieta) al peligro quese produce en poblaciones o subpoblacio-nes (enfermos, ancianos, etc.). Un aspec-to importante lo constituye la separaciónformal de las actividades de gestión, co-municación y evaluación de riesgos. Estaseparación e independencia da credibili-

Evaluación de riesgos emergentes en seguridad alimentaria

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dad a las evaluaciones y reduce los con-flictos de intereses. La evaluación del ries-go alimentario supone una estimacióncientífica del riesgo alimentario y de lasmedidas de control. La gestión de riesgospermite controlar los mismos por mediode medidas a nivel de producción animalo vegetal, en la recolección, cosecha u ob-tención, mediante procedimientos de ma-nipulación adecuados, sistemas de garan-tía de la calidad, normas de calidad e ino-cuidad, restricciones, inspecciones, san-ciones, etc. La gestión se plasma median-te una acción legislativa y, en consecuen-cia, las decisiones políticas se basan nosólo en elementos científicos sino tam-bién en una valoración más amplia de losdeseos y las necesidades de la sociedad.Requiere un control de la aplicación de lalegislación, función que actualmente de-sempeñan la Comisión Europea, comoguardiana de los Tratados, o los Estados

miembros en el ámbito de sus competen-cias. La comunicación de riesgos consisteen el intercambio de información entretodos los sectores interesados. Los resul-tados del proceso de análisis de riesgos secomunican a los sectores afectados (agro-industria, consumidores). Por medio deesta comunicación los sectores públicos yprivados obtienen la información necesa-ria para prevenir o reducir los riesgos, ypueden participar en el proceso de ges-tión exponiendo su punto de vista.

En la actualidad, la evaluación del riesgoalimentario implica una serie de premisas.Una característica importante es la iterati-vidad (figura 1). Una vez el problema seha planteado, se identifican, seleccionan yaplican las medidas de gestión, y se moni-torizan para comprobar su eficacia y, ensu caso, reforzarlas, modificarlas, supri-mirlas o acompañarlas de otras más efica-ces. Los organismos encargados de emitir


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Figura 1. Iteratividad en los procesos de evaluación y gestión de riesgos.

dictámenes o evaluaciones científicas,deben funcionar desde los niveles máselevados de independencia, excelenciacientífica y transparencia. La evaluación esnecesariamente multidisciplinar ya que lascuestiones planteadas requieren del con-curso de expertos en diferentes materias.Se precisa que el control de riesgos seejerza de manera integral en toda la cade-na alimentaria (from farm to fork). Estafilosofía se basa en el convencimiento deque la seguridad de los alimentos necesi-ta de medidas conjuntas en los diversoseslabones de la cadena alimentaria, y nopueden alcanzarse resultados con medi-das de gestión parciales en únicamentealgunas de las fases. Otro aspecto es elenfoque preventivo (proactivo), actuandoante los posibles problemas con anticipa-ción y evitando que éstos surjan, si esposible. En los últimos años, las políticasalimentarias han sido fundamentalmentereactivas, implementándose cuando elproblema (p. ej. crisis alimentarias) ya hasurgido.

Existen muchas circunstancias condicio-nantes en la gestión de riesgos, pero elénfasis debe ponerse de manera funda-mental en la Salud Pública. Al realizar unaevaluación de riesgos, lo correcto es vin-cular los resultados al establecimiento deun nivel adecuado de protección. No obs-tante, y como ha sido mencionado ante-riormente, debe reconocerse que la selec-ción de las medidas de gestión del riesgose funda no sólo en la evaluación científi-ca sino también en otros condicionantesque incluyen necesidades y demandas so-ciales: la protección del medio ambiente,la sostenibilidad, el bienestar animal, laincertidumbre y desconocimiento sobreaspectos científicos (lo que es conocido

como principio de precaución), la actitudsocio-cultural, la aceptabilidad y la per-cepción del riesgo por los consumidores,y por último la relación coste-beneficio.En ocasiones, desgraciadamente, inclusolas relaciones comerciales y políticas tie-nen un papel destacado en la toma dedecisiones de gestión de riesgo.

Acuerdo SPS

Con el acuerdo de la OrganizaciónMundial del Comercio (OMC), alcanzadoen 1994, el mercado internacional deproductos, incluidos los alimentos, expe-rimentó un auge considerable. En mate-ria alimentaria se alcanzaron dos impor-tantes acuerdos, el “Acuerdo sobre laAplicación de Medidas Sanitarias yFitosanitarias” y el “Acuerdo sobre Barre-ras Técnicas al Comercio” [“The Agree-ment on the Application of Sanitary andPhytosanitary (SPS) Measures”;“TechnicalBarriers to Trade (TBT) Agreement”]. Elacuerdo SPS es el que cubre el comerciointernacional de alimentos y productosagrícolas, incluyéndose animales vivos yplantas, y su objetivo es mejorar la saludde hombre, plantas y animales. Se esta-blece un marco multilateral para el desa-rrollo, adopción y entrada en vigor de lasmedidas SPS para minimizar el impactosobre el comercio, y para conseguir laarmonización de las medidas SPS entrepaíses a través de la Comisión del CodexAlimentarius en el caso de los alimentos.El acuerdo SPS introduce el concepto denivel adecuado de protección, tambiénllamado nivel aceptable de riesgo. Elacuerdo SPS señala que “no se puedeimpedir a los miembros la adopción demedidas necesarias para proteger la vidahumana, animal o de las plantas, o su


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salud, siempre sujetas al requisito de queestas medidas no sean aplicadas de talmanera que constituyan una manera dediscriminación arbitraria o injustificableentre miembros donde las mismas condi-ciones imperan, o constituyan una restric-ción disfrazada del comercio internacio-nal”. Se establecen además las reglas bá-sicas para la normativa sobre inocuidadde los alimentos y salud de los animales yconservación de los vegetales. Cuandolos países implantan determinadas medi-das sanitarias (incluyendo restricciones alcomercio), éstas no deben discriminar demanera arbitraria o injustificable a otrosMiembros y además deberán estar refren-dadas por criterios científicos (análisis delriesgo).

Autoridad Europea deSeguridad Alimentaria (EFSA)

En el ámbito europeo la Ley Básica Ali-mentaria (Reglamento CE Nº 178/20021)requiere que las disposiciones legales ali-mentarias se basen en el análisis de ries-gos (art. 6). En este contexto, la Auto-ridad Europea de Seguridad Alimentaria(European Food Safety Authority, EFSA)se encarga de proporcionar asesora-miento científico independiente (evalua-ción de riesgos) sobre las cuestiones queafectan directa o indirectamente a laseguridad alimentaria. Conforme a loestablecido en dicho Reglamento CE Nº178/2002, entre sus misiones se en-cuentra explícitamente la determinaciónde riesgos emergentes. Otras funcionesson la recogida y análisis de datos cien-

tíficos (de enfermedades transmitidaspor los alimentos, de exposición, inges-ta), y el apoyo científico a la ComisiónEuropea, también en casos de crisis rela-cionadas con la seguridad de los alimen-tos. En su ámbito también se incluyen lasalud y bienestar de los animales y laprotección fitosanitaria. Además de laevaluación, la EFSA se encarga de lacomunicación de riesgos que debe serobjetiva y transparente. El objetivo delas evaluaciones de riesgo es suministrara los gestores de riesgo (la ComisiónEuropea, el Parlamento Europeo y elConsejo; también los Estados miembros)una sólida base científica para ayudar enel proceso de elaboración de medidaslegislativas cuyo objetivo es garantizarun elevado nivel de protección de losconsumidores.

La EFSA posee una Junta Directiva, res-ponsable de controlar el presupuesto ylos programas de trabajo, verificar su apli-cación y dar el visto bueno a los regla-mentos internos. También es competen-cia de la Junta designar al Director Eje-cutivo de la EFSA, así como a los miem-bros del Comité Científico y de las Comi-siones Técnicas. El Director Ejecutivo esnombrado por cinco años y es responsa-ble de la administración cotidiana de laautoridad. El Director Ejecutivo es aseso-rado por un foro consultivo compuestopor representantes de organismos de losEstados miembros, interesados todosellos en seguridad alimentaria (industria,asociaciones de consumidores, etc.). ElComité Científico y las Comisiones Téc-


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1 Reglamento CE N° 178/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 28 de enero de 2002, por el quese establecen los principios y los requisitos generales de la legislación alimentaria, se crea la AutoridadEuropea de Seguridad Alimentaria y se fijan procedimientos relativos a la seguridad alimentaria. DiarioOficial N° L 031 de 01/02/2002.

nicas elaboran dictámenes y prestan ase-soramiento científico, cada una de ellascompetente en un ámbito específico dela evaluación de riesgos. El Comité Cien-tífico coordina el trabajo de las comisio-nes y aborda cuestiones de ámbito multi-sectorial u horizontal que abarcan a variascomisiones. Existen 10 Comisiones Técni-cas especializadas en diversos temas:salud y bienestar de los animales (AHAW),peligros biológicos (BIOHAZ), aditivos ynutrientes añadidos a los alimentos (ANS),materiales en contacto con alimentos,enzimas, adyuvantes tecnológicos (CEF),contaminantes de la cadena alimentaria(CONTAM), aditivos y productos o sustan-cias utilizados en piensos para animales(FEEDAP), organismos modificados gené-ticamente (GMO), nutrición, productosdietéticos, y alergias (NDA), salud vegetal(PLH), fitosanidad, productos fitosanita-rios y sus residuos (PPR). El Director Eje-cutivo y los miembros de todos los órga-nos de la autoridad deben comprometer-se a actuar con independencia y en inte-rés del público en general. Han de haceruna declaración de compromiso y unadeclaración de intereses en la que mani-fiesten no tener ningún interés directo oindirecto que pueda ir en perjuicio de suindependencia, o manifestarlo en el casode tenerlo. La autoridad debe llevar acabo sus actividades con un alto grado detransparencia. Para ello, hace públicos losdictámenes, los órdenes del día y las actasde las reuniones del Comité y de las comi-siones, los resultados de los estudios cien-tíficos, el informe anual de actividades ylas declaraciones anuales de intereses delas personas anteriormente citadas. ElSecretariado de EFSA presta apoyo cientí-fico a las comisiones de expertos, y entre

las unidades de trabajo, la Unidad deRiesgos Emergentes (Emerging Risks unit,EMRISK) tiene como objetivo establecerprocedimientos para monitorizar, recogery analizar información y datos con el finde identificar riesgos emergentes en rela-ción con la seguridad de alimentos y pien-sos para su prevención.

Otros comités en Europa

Además, en la Unión Europea existe unComité Científico de Riesgos SanitariosEmergentes y Recientemente Identifica-dos, cuya misión es emitir dictámenessobre cuestiones relativas a dichos ries-gos. El Comité Científico de Riesgos Sani-tarios y Medioambientales trata de cues-tiones relativas al examen de toxicidad yecotoxicidad de los compuestos químicos,bioquímicos y biológicos cuyo uso puedaperjudicar la salud humana y el medioambiente. Estos comités trabajan conjun-tamente con los comités científicos deEFSA cuando las cuestiones planteadas serefieren a problemas amplios, complejos omultidisciplinares que requieran una eva-luación global de los riesgos para la segu-ridad de los consumidores, la Salud Pú-blica o el medio ambiente y sobre cuestio-nes relacionadas no abordadas por otrosorganismos comunitarios encargados dela evaluación del riesgo y también cuandolas cuestiones a tratar requieren una apro-ximación desde distintos puntos de vista(p. ej. nanotecnologías en alimentos, re-sistencias antimicrobianas, etc.)

Riesgos emergentes en alimentosSegún los artículos 23f y 34 del Regla-mento CE Nº 178/2002, la EFSA está en-


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cargada de emprender acciones paraidentificar y caracterizar los riesgos emer-gentes en los ámbitos comprendidos ensu cometido. Además la autoridad se en-carga de crear procedimientos de controlpara buscar, recopilar, cotejar y analizar,de modo sistemático, la información y losdatos con el fin de identificar riesgosemergentes en los ámbitos comprendidosen su cometido. EFSA debe transmitir laevaluación y la información recopilada so-bre riesgos emergentes al ParlamentoEuropeo, a la Comisión y a los Estadosmiembros. El Comité Científico de la EFSAen su reunión del 10 de julio de 2007(EFSA 2007) adoptó una definición deriesgos emergentes para su empleo en elámbito del mandato de la EFSA, según lacual los riesgos emergentes serían los ries-gos nuevos, derivados de identificacionesnuevas con exposición significativa, y losriesgos en aumento, derivados de un in-cremento significativo en la exposición y/oen la susceptibilidad. Hay que destacarque la evaluación de riesgos emergentesse distingue de la evaluación de riesgosen situaciones de emergencia (o de crisis),las cuales se tratan mediante procedi-mientos establecidos por la Comisión.

Según Marvin et al (2009), se pueden en-contrar tres metodologías para la identifi-cación temprana de riesgos emergentes:los sistemas reactivos (p. ej. el sistema eu-ropeo Rapid Alert System for Food andFeed o RASFF), los sistemas predictivos deaviso temprano, y los sistemas basados enun enfoque global, estudiados por pro-yectos europeos tales como PERIAPT(www.periapt.net), SAFE FOODS (www.safefoods.nl) y SAFEFOODERA (www.safefoodera.net). Esta última categoríaemplea información tanto de dentro co-

mo de fuera de la cadena alimentaria parala predicción. Generalmente, para la eva-luación de riesgos emergentes se buscanindicadores predictivos relacionados conel riesgo que sirvan como sistemas dedetección, con capacidad de predicción yque señalen tendencias en el tiempo yespacio. Estos indicadores se obtienen,bien de la investigación y/o de programasde monitorización y vigilancia, o bien deobservaciones episódicas. La fiabilidad,sensibilidad y poder predictivo de los indi-cadores son aspectos clave para la calidadde la información proporcionada sobre lanaturaleza y el origen del peligro. Se ne-cesitan indicadores que sean capaces deaportar información de calidad y que pue-dan ser implantados como herramientasde detección. Los indicadores puedenfuncionar de manera directa o indirecta alpredecir los riesgos emergentes. Un ejem-plo de indicadores directos lo constituyecualquier sistema de medida de riesgosquímicos o biológicos en el medio am-biente, cuyo incremento conducirá proba-blemente a un incremento en la concen-tración en el alimento y en la exposición.Otros indicadores pueden ser indirectos,p. ej. un aumento en las temperaturas deaguas terrestres o marinas conduce a unmayor crecimiento o prevalencia de unpatógeno de hábitat acuático. Algunosriesgos emergentes provienen del desa-rrollo y aplicación de tecnologías de rápi-do desarrollo e innovación y para los quelas metodologías de evaluación no estáncompletamente desarrolladas (nanotec-nología, clonación). Por ejemplo, en elcaso de la nanotecnología es preciso reca-bar más información sobre la absorción,distribución, metabolismo y excreción delos nanomateriales.


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Condiciones que propicianla emergencia de riesgos

Se han señalado diversas causas que con-tribuirían a la emergencia de riesgos. Sepuede hablar de modificaciones en elagente o los patógenos, en el consumidory en el propio alimento o en su manera deproducirlo. En algunas ocasiones los fac-tores son variados, como veremos.

Cambios en el agente biológico o químico

Los microorganismos son capaces dedesarrollar mecanismos de respuesta aestrés y de adquisición de tolerancias queles permiten sobrevivir en ambientes hos-tiles. En la mayor parte de las veces estecambio del patógeno es debido a unaalteración en las condiciones intrínsecasde su hábitat (modificaciones medioam-bientales o en las etapas de producciónanimal y vegetal), como veremos másadelante.

En los últimos años se han señalado unaserie de riesgos potenciales emergentesrelacionados con el consumo de alimen-tos, incluyendo los norovirus o el virus dela hepatitis E, Helicobacter spp, Chrono-bacter (Enterobacter) sakazakii, Arco-bacter spp, otras especies del géneroCampylobacter diferentes de jejuni/coli, yEscherichia coli no O157 productor de latoxina Shiga. Entre los parásitos tenemosla anisakidosis causada por el nematodoAnisakis, la espiroquetosis intestinal debi-da a Brachyspira pilosicoli, la gnathosto-miasis por nematodos del género Gna-thostoma. Coxiella burnetti es un micro-organismo responsable de la fiebre Q y seha detectado su emergencia en variospaíses europeos. Salmonella enteritidis o

Listeria monocytogenes son buenos ejem-plos del pasado de la capacidad de ciertospatógenos de adaptarse a un nicho eco-lógico y aumentar su prevalencia en ali-mentos e incidencia. La generalización deluso de antibióticos en el tratamiento, pre-vención y control de enfermedades ani-males así como de piensos medicamento-sos en producción animal, ha provocadoun aumento de las resistencias antibióti-cas en patógenos transmitidos por ali-mentos responsables de infecciones ytoxiinfecciones. Por ejemplo, desde laaprobación del empleo de fluoroquinolo-nas como fármacos y piensos medicamen-tosos en animales de abasto, se detectancon mayor frecuencia cepas de Campy-lobacter resistentes a fluoroquinolonas enmuestras medioambientales, animales yhombre. Otros ejemplos de la emergenciade patógenos antibiorresistentes los cons-tituyen Staphylococcus aureus resistentea la meticilina (MRSA), Salmonella typhi-murium DT104, y Enterococcus resistentea la vancomicina (VRE).

La presencia en alimentos de productosquímicos puede deberse a la contamina-ción accidental de materias primas o in-gredientes a lo largo de la cadena alimen-taria por la presencia de compuestos quí-micos en agua, suelo y aire, desde dondealcanzan los alimentos, o bien por el usointencionado de sustancias en producciónanimal vegetal o en la transformación dealimentos. Entre los riesgos químicos de-tectados en los últimos tiempos se puedecitar la acrilamida, que se produce duran-te el procesado de los alimentos y quedepende de las altas temperaturas de fri-tura, la cantidad y el tipo de carbohidra-tos y de aminoácidos presente (sobretodo el contenido en asparragina). Se ha


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detectado acrilamida en alimentos comopatatas fritas, patatas chips, frutos secos,tostadas, galletas y productos de panade-ría. La semicarbazida (metabolito de la ni-trofurazona, formado a partir de la degra-dación térmica de la azodicarbonamida,presente en las juntas de plástico de cie-rres de envases de vidrio) puede estar pre-sente en ciertos alimentos (p. ej. en pre-parados para recién nacidos), por migra-ción desde los envases. El bisphenol A esusado en el envasado de alimentos, enconcreto en la producción de botellas deplástico transparente y para forrar bande-jas de hojalata y en las evaluaciones deriesgo realizadas se ha relacionado conalteraciones del sistema reproductor y elsistema inmunológico (abortos recurren-tes y cáncer). Los contaminantes organo-clorados, incluyendo bifenilos policlora-dos (PCBs), dibenzo-p-dioxinas policlora-das (PCDD) y dibenzo-furanos policlora-dos (PCDF), han sido detectados en di-versos productos como peces, quesos,carne en diversas ocasiones en los últi-mos tiempos. Las dioxinas y los furanos,compuestos químicamente estables, li-posolubles, bioacumulables y persisten-tes, se originan en procesos industrialeso al combustionar productos cloradosjunto con compuestos orgánicos a altastemperaturas, y sus efectos tóxicos sonbien conocidos.

Cambios en el consumidor

Ya se ha mencionado la paradoja existen-te sobre la disparidad entre el sentimientode riesgo, y los avances científicos en nu-trición, salud y alimentación, y el esfuerzoen seguridad alimentaria. El consumidorse encuentra desorientado por la multitudde mensajes y noticias con consejos ali-

mentarios o información de validez cues-tionable. La dieta en nuestra sociedad esun factor cambiante. En el momento ac-tual existen una serie de tendencias talescomo las preferencias por alimentos míni-mamente procesados y con vida útil ex-tendida, determinados alimentos “exóti-cos” (steak tartare, sushi, carne de repti-les), o técnicas de preparación de los mis-mos (“nueva cocina”, cocción al vacío, alvapor, al papilote, etc.). Algunos de estosalimentos se consumen crudos y otros re-ciben tratamientos térmicos suaves. Otrofactor de cambio lo representa el turismo,la inmigración, y no debe olvidarse la mo-dificación de la pirámide de población,con el crecimiento de grupos de riesgocomo ancianos.

Cambios en los sistemas de producción y en el alimento

En muchas ocasiones se ha constatadoque las modificaciones en las condicio-nes medioambientales o las etapas deproducción animal y vegetal permitenuna mayor presencia de agentes biológi-cos o químicos en los alimentos, provo-cando un aumento en la exposición. Elcambio climático ha sido señalado comoun factor decisivo (indicador indirecto)debido al aumento en temperaturas y alcambio de hábitat de patógenos y vecto-res (Miraglia et al, 2009). EFSA y OMS loemplean como posible indicador indirec-to y se prevé que influya en la alimenta-ción y la producción de los cultivos asícomo en las enfermedades de los anima-les. Algunos de los riesgos emergentesque se prevén en el futuro son un au-mento en la presencia de micotoxinas enpiensos y alimentos, de residuos de pes-ticidas y elementos traza tóxicos en cose-

chas, de biotoxinas marinas en moluscosy otros animales marinos y de patógenosen alimentos, piensos y agua. El aumen-to de las temperaturas se ha relacionadotambién con la diseminación de enfer-medades (lengua azul, gripe aviar) por lamayor presencia y distribución de vecto-res en el medio ambiente. Otros efec-tos climáticos con posible repercusiónsobre la presencia de agentes químicos obiológicos en alimentos los representanla escasa disponibilidad de agua tantopara bebida como para su empleo en laindustria alimentaria que fomenta su reu-tilización, el uso de efluentes fecales y elaprovechamiento de las aguas del sub-suelo. Todos estos sistemas conllevanriesgos como la presencia de patógenoso la movilización de elementos químicosen acuíferos.

La necesidad de preservar el bienestaranimal en los sistemas modernos de pro-ducción animal puede ser también unfactor (p. ej. al permitir el contacto ani-mal-parásito). Determinadas prácticasagrícolas y ganaderas intensivas produ-cen un enorme impacto sobre el suelo, elabastecimiento de agua o la contamina-ción ambiental y podrían constituir unriesgo para alimentos y cultivos. Cadasector de producción está sujeto a condi-cionantes propios. P. ej., la acuicultura,que representa el sector de producciónanimal con mayor crecimiento, y queprobablemente se convertirá en un futu-ro a medio plazo en la fuente principalde pescado de consumo, necesita resol-ver cuestiones relacionadas con el medioambiente.

Otro factor de emergencia lo puede cons-tituir las modificaciones en las etapas detransformación industrial. Son innumera-

bles los ejemplos de innovación industrialmediante la cual se modifican los alimen-tos tradicionales (nuevos alimentos, ali-mentos “con”, alimentos “sin”). Tambiénse ha producido un enorme desarrollo detecnologías de procesado, tales como lasaltas presiones hidrostáticas, la cocción alvacío, los pulsos eléctricos, los pulsos lu-mínicos. Las aplicaciones nanotecnológi-cas en alimentos están surgiendo con de-sarrollo en campos como los biosensoreso el envasado activo (agentes que captanoxígeno, absorben humedad, controlado-res de aroma y olor, agentes antivaho,antimicrobianos), el envasado inteligente(envase para detectar, mostrar, registrar ocomunicar una información sobre el esta-do del alimento envasado o su entorno).También pueden mencionarse los recubri-mientos comestibles, películas biodegra-dables adheridas a la superficie del ali-mento creando una microatmósfera po-bre en oxígeno. Los cambios en los facto-res extrínsecos e intrínsecos del alimentopueden ser evaluados para la prevenciónde riesgos microbiológicos.

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