TECNOLOGÍAS EMERGENTES.

En el número anterior comenzamos el estudio de las tecnologías emergentes como alternativas para la conservación de alimentos y hablamos específicamente sobre altas presiones. En este ejemplar presentaremos un resumen del resto de estas tecnologías y posteriormente iremos viendo detalles de cada una de ellas. Recordemos que estas técnicas se caracterizan por usar temperaturas moderadas y que involucran un mínimo de cambios en las propiedades organolépticas y nutricionales de los alimentos. La conservación de alimentos es una lucha constante contra los microorganismos patógenos y está en constante evolución.

Las tecnologías emergentes no son tan eficientes en el control microbiológico de los alimentos como las tecnologías tradicionales, pero se ha mencionado que el uso simultáneo de diferentes métodos emergentes aumenta su efectividad.

 

PULSOS DE CAMPOS ELÉCTRICOS

La tecnología de Pulsos de Campos Eléctricos (PEF: Pulsed Electric Fields) se basa en la aplicación de pulsos eléctricos de alto voltaje a un alimento que está situado entre dos electrodos en un tiempo de microsegundos. Las pulsaciones más usadas están en el rango de 20 a 80 kV/cm. El PEF se considera un proceso no térmico ya que el alimento es tratado a temperatura altas por tan sólo unos microsegundos, lo cual minimiza los posibles daños generados por calor a los nutrientes que componen al alimento.

El fundamento de la eliminación microbiológica es la electroporación de la membrana celular, el cual consiste en el rompimiento de la membrana celular de manera irreversible,  ocasionado con ello la lisis celular. Es importante señalar que la membrana celular de los microorganismos tiene una constante dieléctrica mucho más baja que la de los componentes de los alimentos, y por lo tanto, éstos últimos no se ven dañados. El grado de eliminación microbiana depende de la fuerza del campo eléctrico y del tiempo de tratamiento; así como de la temperatura, pH, conductividad eléctrica y fuerza iónica del alimento. También es dependiente del tipo de microorganismo, así como de concentración y estado de desarrollo del mismo. Cabe señalarse que las esporas bacterianas son altamente resistentes a este tipo de tratamiento.

Este es un proceso exclusivo para sistemas líquidos y por razones fisicoquímicas éste no debe desarrollar burbujas durante su procesamiento. Se ha sugerido el uso de esta tecnología para alimentos tipo ácidos como son los jugos de frutas. Hay reportes científicos que señalan que esta tecnología aumenta considerablemente el control microbiológico cuando el alimento tiene un pH ácido. Se pueden agregar ácidos orgánicos a un alimento para aumentar la eficiencia de dicho sistema.

PULSOS DE CAMPOS MAGNÉTICOS

Se ha sugerido el uso de pulsos magnéticos para la conservación de alimentos, pero hoy en día no hay una certeza sobre su efecto antimicrobiano. El alimento es empacado en bolsas de plástico y sujeto a pulsos magnéticos oscilatorios con una frecuencia de onda entre 5 y 500 MHz con temperaturas menores a 50°C y con tiempos de exposición desde microsegundos hasta milisegundos. El flujo magnético debe estar entre 5 y 50 Telsas. Frecuencias mayores a 500 MHz tienden a calentar demasiado el alimento a procesar.

MICROONDAS

El calentamiento por microondas se basa en el uso de ondas electromagnéticas de ciertas frecuencias que generan calor dentro del alimento, siendo las más usadas las de 2,450 y 915 MHz. En contraste con los procesos térmicos convencionales donde el calor es aplicado desde fuera del alimento hacia el interior del mismo, las microondas generan el calor desde el interior del alimento y de manera homogénea. Las microondas hacen vibrar a las moléculas de agua presentes en los alimentos y provocan que éste sea calentado en todas sus parte de manera simultanea. Esto ocasiona que el calentamiento sea mucho más rápido que los procesos de pasteurización tradicionales y por tanto, las moléculas sensibles al calor, como vitaminas, sabores y aromas, son retenidas satisfactoriamente.

La mayoría de los estudios sugieren que la muerte de los microorganismos es similar al proceso térmico normal, es decir, por desnaturalización de proteínas, enzimas y ácidos nucleicos. Sin embargo, la principal desventaja es su alto costo de operación con respecto a los tratamientos térmicos convencionales. Ejemplos de su uso actual están las salchichas y cereales precocidos, y el escaldado de frutas y vegetales previo al enlatado, evaporado, secado o congelado de los mismos.

 

ULTRASONIDO

Esta tecnología se basa en la transmisión de ondas mecánicas a través de materiales líquidos con frecuencias arriba de los 20 MHz. Se usan transductores especiales que transforman la energía eléctrica en energía mecánica que se expresa finalmente como ondas sónicas.

Estas ondas sonoras al viajar por sistemas líquidos crean periodos de expansión y contracción que generan burbujas que al romperse provocan temperaturas y presiones muy altas, proceso conocido como ‘cavitación’.

La acción antimicrobiana se fundamenta en el proceso de cavitación. La temperatura y presión mata microorganismos vía destrucción de la pared celular y la membrana celular, además de que se forman radicales libres con acción antimicrobiana. El problema con este sistema son los altos costos para producir la energía sónica necesaria, sin embargo, se han podido utilizar equipos más económicos que están acompañados de otros procesos de conservación, tales como calor, pH, presión osmótica o compuestos antimicrobianos.

La magnitud de este proceso está en función de la frecuencia y amplitud de la onda, la viscosidad del medio, así como de la temperatura y presión del sistema. También es dependiente de la cantidad y tipo de microorganismos presentes en el alimento.

LUZ ULTRAVIOLETA

La luz ultravioleta tiene efectos germicidas en el intervalo de 200 a 280 nm. La muerte celular se da por daño directo a la molécula de DNA mediante la generación de dímeros de pirimidina. La luz UV une de manera covalente las bases tiamina y citosina de cadenas opuestas de DNA y evitando con ello que se realice el proceso natural de duplicación del DNA y generando con ello la muerte celular. La cantidad de éstos dímeros es proporcional a la cantidad de UV expuesta sobre el microorganismo.

Cabe señalar, que algunas bacterias tienen sistemas metabólicos para reparar los dímeros de pirimidina, proceso conocido como foto reactivación. Este último proceso implica procesos de mutación celular, por lo que mueren muchas bacterias, pero algunas sobreviven y sus descendientes son más resistentes a la luz UV.

Se ha observado que la presión, temperatura y pH del sistema tiene poco efecto sobre los rayos UV contra los microorganismos. Sin embargo, la composición del alimento, el contenido de sólidos, el grosor y el color del mismo son factores decisivos en la acción de esta tecnología.

Las aplicaciones actuales incluyen la desinfección del agua usada en Plantas Industriales y la desinfección de la superficie de ciertos alimentos. También se usa en alimentos empacados para reducir la carga microbiana en la parte externa del empaque.

Otro tipo de radiación ionizante empleada en alimentos son los rayos gamma. Esta es una tecnología tradicional, pero que entró en desuso, sin embargo, en la actualidad nuevamente cobro vida y es ampliamente usada, y siendo ya considerada como una tecnología emergente.

BACTERIOCINAS

Las bacteriocinas son proteínas pequeñas que son sintetizados por una bacteria en específico y que producen la muerte de otras bacterias. Muchas de las bacterias lácticas producen bacteriocinas. El tamaño de estas moléculas normalmente es menor a 10 KDa. Ciertas bacteriocinas ya son usadas en alimentos para su conservación, y siendo la nisina la más usada y aceptada por la FDA y otros países. El uso de bacteriocinas ha tomado auge, ya que éstas podrían evitar el uso de conservadores químicos, elemento que los consumidores modernos de alimentos tienden a favorecer. Las bacteriocinas son consideradas conservadores naturales debido a su origen biológico y no químico.

Las bacteriocinas actúan sobre el microorganismo a nivel de membrana celular. Estas forman poros por cambios en el pH y ocasionan que el citoplasma salga de la célula con la consecuente muerte celular. También se ha mencionado que pueden penetrar el citoplasma y atacar directamente al DNA y RNA. Hoy en día, usando técnicas de la biología molecular se pueden sintetizar bacteriocinas de manera industrial en grandes cantidades y bajos costos. Las bacteriocinas y los antibióticos son dos compuestos diferentes. Los antibióticos presentan toxicidad en humanos, mientras que las bacteriocinas aparentemente no presentan toxicidad.

Se han usado bacteriocinas para la conservación de carnes y pescados, así como varios productos lácteos. La nisina proviene de la bacteria Lactococcus lactis, pero existen otras bacterias que también producen bacteriocinas. Se ha reportado que ciertas bacterias generan resistencia a las bacteriocinas con el paso del tiempo.

Existen otros compuestos de naturaleza biológica que también son usados como agentes antimicrobianos, tales como los aceites esenciales, lisozimas, pigmentos tipo flavonoides, extractos de chiles, y el quitosan presente en los exoesqueletos de ciertos crustáceos.

 

Un alimento puede ser empacado y posteriormente tratado por algún sistema de conservación de alimentos, o viceversa. Sin embargo, en ambos casos el tipo de empaque y la forma de empacar juegan un papel dinámico en la conservación de alimentos. En un número posterior hablaremos específicamente sobre este punto. Hoy en día, los empaques son cruciales para determinar la vida de anaquel de un producto terminado.

Dr. José Octavio Rodiles López

Asesoría Técnica y Cursos de Capacitación

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