5. Barreras
Físico-Químicas
Actividad de agua
(aw)
Es la relación entre la presión de
vapor del agua del
alimento y la del agua pura a la
misma temperatura.
La aw influencia el crecimiento, la resistencia y la
supervivencia de microorganismos y la tasa de reacción de
la mayoría de los procesos de
degradación de la calidad. En
general, las bacterias son
menos tolerantes a una aw reducida que las levaduras y
especialmente los mohos. La aw puede ser reducida por
deshidratación o por adición de solutos como sal,
azúcar,
etc y bajando la temperatura.
Muy pocos microorganismos y ningún patógeno crece a
aw menor que 0,7. Se suele combinar la aw
con otras barreras, en alimentos secos
puede ser única barrera. Normalmente es necesario un
envase que actué como barrera contra el vapor de
agua
PH
En alimentos
crudos (sin procesar), el descenso del pH aumenta la
estabilidad microbiológica. Esto se logra naturalmente por
fermentación o artificialmente por
adición de acidulantes como ácidos
orgánicos débiles. La mayoría de los
microorganismos no crecen por debajo de un pH
mínimo especificado, pero un pH tan bajo
como para que no crezcan microorganismos produce perdida de la
calidad del
alimento. Generalmente se combina pH con envasado y aditivos como
Na Cl, ácidos
orgánicos y refrigeración o calentamiento.
Generalmente se combina pH con envasado y aditivos,
entre otros.
Potencial redox (Eh)
Indica el potencial de oxidación o reducción de un
sistema
alimenticio y se expresa en mV. En general, los alimentos tienen
un valor Eh (a pH
7)entre +300 y –200 mV. El Eh de un alimento esta
influenciado por la eliminación de aire
(O2 ), la exclusión de luz, la
adición de sustancias reductoras (ac. ascórbico,
sacarosa, etc), el crecimiento de bacterias, la
presencia de nitrito, la temperatura y
especialmente el pH. El Eh determina el crecimiento de
microorganismos aerobios (Por ej. Pseudomonas) o anaerobios (Por
ej. Clostridia) e influencia el color y flavor
del alimento.
Se usa en combinación con el curado, refrigeración, envasado, etc.
Sal (NaCl)
La adición de sal tiene como principal efecto la
reducción de aw, pero tiene por sí misma
efecto bacteriostático. Actualmente se prefieren alimentos
con bajo contenido de sal, por lo que debe ser combinada con
otras barreras. El curado es el proceso de la
adición de NaCl y otros ingredientes como nitrito.
Un producto
estable debe contener al menos 27 g sal / 100 g agua
(aw < 0,7) para inhibir el crecimiento y
formación de toxina de Clostridium Botullinum tipo E en
pescados a 15°C, debe haber al menos 4,5 g sal / 100 g agua.
El curado se suele combinar con barreras de envasado, refrigeración, ahumado, etc.
Nitrito (NaNO2)
En el curado de carne casi siempre la sal se usa combinada con
nitrito (o nitrato).
Al nivel usado comercialmente (y permitido por la
legislación) inhibe el crecimiento de unos cuantos
microorganismos, dependiendo de la concentración, tipo de
organismo, etc. Un aspecto muy importante es que el nitrito es
mas bien efectivo contra bacterias
esporo formadoras, especialmente clostridia. El efecto del
nitrito es mayor en procesos donde
se lo calienta junto con la carne donde aparentemente se forma un
compuesto especifico antibotulinico mas o menos identificado.
Esta actividad antibotulinica se debe a la inhibición de
ciertas enzimas no
– hemo, [Fe – S] . También se usa para dar a
los productos
cárnicos curados un color rosado,
pero además mejora el flavor y puede prevenir o disminuir
los off-flavors. Siempre se combina con otras
barreras.
Nitrato (NaNO3 o KNO3)
Su efecto es muy limitado y se debe a una pequeña
reducción de la aw , pero en muchos productos,
especialmente carnes, fue usado como "reserva" de nitrito, dado
que las bacterias reducen el nitrato a nitrito. Tiene un efecto
muy limitado y siempre se usa en combinación con otras
barreras, especialmente sal.
CO2
Esta presente en la atmósfera a una
concentración de aproximadamente 0,03%. Una
concentración mayor reduce la velocidad de
muchos procesos de
degradación de calidad en
alimentos, y a una concentración mayor del 20%, el
crecimiento de la mayoría de las bacterias alteradoras es
reducido o inhibido. Por esto en envasado en atmósfera modificada
de la mayoría de los alimentos que no respiran, se usa una
concentración de CO2 mínima del 20 %. En
alimentos que respiran, un aumento de la concentración de
CO2 reduce la respiración y así aumenta la vida
útil. Una concentración muy alta, resulta en
desordenes en la calidad de la mayoría de frutas y
vegetales pero el limite critico (8 – 12 %) es distinto
para distintos productos. La
solubilidad del CO2 aumenta drásticamente con
temperaturas más bajas, hasta el punto de
congelación del alimento. Se combina con envasado y
refrigeración.
O2
Presente en la atmósfera a una
concentración de aproximadamente 21%. La mayoría de
los organismos (incluyendo humanos) prefieren dicha
concentración, y en la practica una disminución en
la concentración de O2 puede ser considerada
como una barrera. A bajas concentraciones de O2 el
crecimiento de la mayoría de los microorganismos (pero no
de todos) es reducido o inhibido, el nivel de respiración de los alimentos que respiran
disminuye y se reduce la velocidad de
muchos procesos de la degradación de la calidad
(oxidación). Así, la ausencia de O2
debería mejorar la calidad y seguridad. De
todos modos, este no es el caso para los productos que respiran y
para las carnes refrigeradas expuestas a la venta al por
menor, el O2 es necesario para mantener un color rojo
brillante. En alimentos donde puede crecer Clostridium Botulinum
algunas autoridades consideran las condiciones anaeróbicas
como un riesgo para la
salud. Se combina
con otras barreras, especialmente refrigeración y a menudo
también envasado
Ozono
Es un gas soluble en
agua con poderosas propiedades oxidantes. Cuando se lo expone al
agua, se descompone rápidamente a O2 , y esto
limita su uso. También lo afecta la temperatura, el pH y
la materia
orgánica presente. El efecto letal en microorganismos se
debe a la fuerte actividad oxidante, probablemente apuntando a
Aminoácidos, ARN y ADN. El
tratamiento con ozono destruye particularmente bacterias Gram – .
Mohos y levaduras son mas resistentes que las bacterias y para la
destrucción de esporas se requiere una muy alta
concentración de ozono.
Hay unas cuantas aplicaciones del ozono en la industria
alimenticia.
La esterilización de especias requiere 30 – 135 g / m,
para reducir la microflora en carne de aves se
requiere 2,3 g m y para saneamiento del aire en cuartos
de almacenamiento
refrigerado para carnes, se considera apropiada una
concentración de ozono de 0,3 g / m
El ozono nunca debe usarse para alimentos susceptibles a la
rancidez y otras reacciones de deterioro de calidad causadas por
la oxidación. En muchos países hay limites legales
para la máxima concentración de ozono en
áreas de trabajo, nunca se usa como única
barrera.
Ácidos orgánicos y sus sales
Los ácidos
orgánicos o sus sales se usan para ayudar a la
preservación de una amplia variedad de alimentos.
En la mayoría de los países el tipo y cantidad de
ácido orgánico es controlado por las agencias
gubernamentales y las cantidades permitidas suelen ser
pequeñas en comparación con las cantidades
presentes naturalmente en frutas y productos fermentados. Los
ácidos de cadena corta como el acético, benzoico,
cítrico, láctico, propiónico y
sórbico y sus sales son los mas comúnmente usados.
La principal responsable de la actividad antimicrobiana es la
molécula no disociada. Generalmente los ácidos
orgánicos son más efectivos en alimentos con pH
menor a 5,5, aunque los alquilésteres del ácido
parahidroxibenzóico tienen efecto en alimentos con pH
cercano a 7 y los ácidos propiónico y
sórbico tienen efecto en alimentos con pH 6 a 6,5. Los
ácidos orgánicos difieren en sus efectos contra
mohos, levaduras y bacterias. Muchas combinaciones de
ácidos orgánicos y otras barreras son
sinérgicos.
- Ácido Láctico, Lactato: es considerado
el ácido menos efectivo como conservante, afecta a
distintas bacterias patógenas; inhibe bacterias
esporoformadoras a pH 5 e inhibe el crecimiento de levaduras
acido-tolerantes, y en algunos casos inhibe la formación
de micotoxinas. - Ácido Acético, Acetato: se usa
ampliamente como conservante. Su modo de actuar es
idéntico al de los otros ácidos. Su habilidad
inhibitoria generalmente se considera mejor contra las
bacterias que contra los mohos y levaduras. Su alto pKa hace
muy importante considerar el pH del alimento dado, al evaluar
el efecto de la adición de acetato por razones de
conservación. En carnes, el acetato es efectivo contra
Listeria monocytogenes y otros patógenos - Ácido Ascórbico e Isoascórbico:
tienen varios efectos en los alimentos. En algunos, pueden
actuar sinergeticamente con nitrito para inhibir el crecimiento
celular. En carnes curadas envasadas, incrementan el efecto
anti-clostirico del nitrito. En carne fresca envasada en
atmósfera modificada, el ascorbato puede actuar como
antioxidante, estabilizador del color. En otros alimentos,
puede actuar como antioxidante o sinérgico en presencia
de otros antioxidantes. El ácido ascórbico
también se usa para reducir el pH. Se combinan con otras
barreras.
Sulfito (SO2):
Las fuentes de
SO2 son sales disueltas. Es un aditivo
multifuncional:
- Antioxidante: previene oxidación, minimiza los
cambios de color y estabiliza la vitamina C. - Inhibidor Enzimático: inhibe reacciones
químicas y enzimáticas como el
pardeamiento - Inhibidor de la Reacción de Maillard: previene
el pardeamiento no enzimatico - Agente reductor: Modifica la reologia de la
harina
Agente antimicrobiano: Inhibe el crecimiento de mohos y
levaduras en productos de bajos pH y a, e inhibe bacterias
Gram-negativas en alimentos con altos pH y a.
Principalmente se lo aplica en vegetales, frutas y bebidas. Su
reactividad es muy alta, pero durante el almacenamiento y
procesamiento (térmico) hay grandes perdidas. Se lo
combina con otras barreras.
Ahumado:
Se lo usa para dar color y sabor a carnes. Es un efectivo medio
para inhibir el crecimiento indeseado de mohos. Durante este
proceso al
reducirse la aw por secado de superficie, se reduce el
numero de bacterias. Igualmente importante es que el ahumado
natural contiene una variedad de compuestos
orgánicos, especialmente los fenólicos, con
efectos antimicrobianos y/o antioxidantes estos compuestos se
absorben en la superficie del producto y
contribuyen a la preservación. Se lo combina siempre con
otras barreras, especialmente curado, refrigeración y
envasado.
Fosfatos:
Polifofatos y Pirofofatos. Se usan como aditivos en varios
alimentos, principalmente para mejorar la capacidad de
unión del agua. Pueden incrementar el pH. Algunos tienen
actividad antimicrobiana y algunos tienen efecto antioxidante. Se
combinan con otras barreras.
Glucono--Lactona (GDL):
Se hidroliza lentamente a ácido glucónico,
reduciendo el pH, lo que da ventajas durante el proceso y
también contribuye a la seguridad y
estabilidad. Se combina con otras barreras.
Fenoles:
Se usan para prevenir o reducir el deterioro oxidativo de los
alimentos. Algunos (BHA, BHT, TBHQ) tienen efecto antimicrobiano
especialmente en combinación con otras barreras, no pueden
actuar como única barrera y se los combina para reducir el
deterioro de calidad.
Agentes Quelantes:
Se los usa por sus propiedades antioxidantes, principalmente por
su habilidad para eliminar los efectos pro-oxidativos de los
metales.
Algunos están presentes naturalmente en los alimentos,
pero los más comúnmente usados son citratos,
lactatos, pirofosfatos y EDTA. No se los considera
antimicrobianos por si mismos, pero pueden potenciar a otros
agentes antimicrobianos. No se usan como única
barrera
Agentes para tratamientos de superficie
Este grupo incluye
sustancias que inhiben el crecimiento de mohos. El difenilo y
o-fenilfenol están autorizados para ser usados sobre las
cáscaras de frutas cítricas, estos conservantes
deben ser la única barrera extrínseca para frutas
cítricas.
Etanol
Fue propuesto como un controlador de la atmósfera dentro
del envase o como una fuente de vapor en alimentos envasados.
Fue presentado, en varios papers y patentes, para incrementar la
duración del pan, la pizza, los productos de
panadería y las pastas rellenas.
Inhibe el crecimiento microbiano, mata las células o
bloquea la glucólisis y su metabolismo.
Desde el punto de vista químico, el etanol puede ser
considerado como un análogo al agua. En mezclas de
etanol y agua, la hidrólisis del etanol compite con la del
agua durante la formación de puentes de hidrogeno.
Afecta las propiedades del agua, de hecho se lo conoce por su
fuerte capacidad de reducción de la aw
(disminuyendo la actividad celular). A su vez, también
compite con otras moléculas como las proteínas.
En los alimentos puede estar presente como:
- Un producto de
fomentación en bebidas alcohólicas o alimentos
fermentados. - Un ingrediente en dulces (bombones, etc).
- Un residuo luego de la cocción en producto de
panadería con levadura fermentada. - Un aditivo (cuando se lo permite) en alimentos de
humedad intermedia.
En general se requieren alta concentraciones para
inhibir el crecimiento microbiano, matar células o
bloquear la glucólisis y el metabolismo,
pero altas concentraciones cambian la naturaleza
física del
medio ambiente
acuoso. La concentración efectiva varia con el tipo de
microorganismo y las condiciones del medio. En muchos casos el
principal daño lo causa en la membrana celular, aunque
claramente afecta las propiedades de todas las moléculas
biológicas en algún grado.
Es la única barrera en bebidas espirituosas y licores.
También se lo combina con otras barreras.
Propilenglicol
Es un humectante que puede usarse para reducir la aw
en alimentos de humedad intermedia (IMF). Puede tener
algún efecto antimicrobiano y se usa para inhibir mohos.
Nunca se usa como única barrera; además en mucho
países su uso esta prohibido.
Especias y Hierbas
Muchas tienen propiedades antioxidantes y/o antimicrobianas que
pueden contribuir a la estabilidad y seguridad de los
alimentos. Sus componentes más activos parecen
ser los compuestos fenólicos y los aceites esenciales. De
todos modos la concentración de especias y levaduras
necesaria para que actúen como antimicrobianas es mucho
mayor que la concentración organolépticamente
aceptable por los consumidores. No se usa como única
barrera
Lactoperoxidasa
Es un sistema natural
cuya actividad antimicrobiana se debe a la formación de
hipotiocianato de corta vida y posiblemente otros compuestos
antimicrobianos por la oxidación de tiocianato en
presencia de H2O2. En la leche de vaca,
el sistema puede
activarse por la adición de carbonato de sodio,
peroxihidrato y trocianato de sodio. No se usa como única
barrera.
Lisozima:
Es un sistema enzimático natural en animales que
puede retardar el crecimiento microbiano, y se lo usa
comercialmente para control de la
fermentación láctica. No se lo usa
como única barrera.
6. Barreras de
Origen Microbiano
Flora competitiva
El ejemplo más llamativo es la fermentación, en la cual el crecimiento
"espontáneo" de los distintos tipos de microorganismos
puede cubrir al alimento completamente y por su mera magnitud,
ayudada por factores extrínsecos o intrínsicos
relacionados con el alimento en cuestión, puede detener o
inhibir el crecimiento de otros microorganismos. No se usa como
única barrera.
Cultivos Iniciadores (starters)
Alimentos tradicionales conservados con la ayuda de
microorganismos incluyen productos lácteos,
vegetales, vino, etc. Las bacterias ácido lácticas
son particularmente apropiadas en la conservación de
alimentos ya que reducen el pH, actúan como antagonistas o
producen metabolitos antimicrobianos (por ejemplo,
bacteriocinas). Casi siempre se lo combina con otras barreras.
Antibióticos: Generalmente el uso de antibióticos
de amplio espectro esta prohibido en alimentos. Se ha probado un
amplio rango de sustancias parecidas a los antibióticos,
pero solo unas pocas están permitidas y se usan. No se
permite su uso como única barrera.
Antibióticos
Generalmente el uso de antibióticos de amplio espectro
esta prohibido en alimentos. Se ha probado un amplio rango de
sustancias parecidas a los antibióticos, pero solo unas
pocas están permitidas y se usan. No se permite su uso
como única barrera.
Bacteriocinas: Aplicación Potencial en la
Preservación de los Alimentos
Los BACTERIOCINAS son pequeñas proteínas
producidas por algunas bacterias.
Día a día crece la duda sobre la seguridad de los
conservantes químicos tradicionales, como el nitrito y el
propionato, se esta desarrollando un nuevo interés en
los conservantes naturales como los Bacteriocinis.
Los BACTERIOCINAS tienen una acción bacterial contra un
limitado rango de organismos. Producen Escherichia Coli y
Staphylococus aureus, que no son utilizables para aplicaciones de
comida. La más interesante fuente de BACTERIOCINAS es la
bacteria del ácido láctico (LABs), usada para la
fermentación de alimentos.
El hecho de que los productos fermentados contengan naturalmente
estos microorganismos, y sean consumidos sin ningún efecto
negativo para la salud, significa que las
LABs son considerados organismos seguros.
La preservación por métodos
naturales se ha vuelto el gran desafío para la industria de
los alimentos. Todos los alimentos pueden ser procesados usando
métodos
físicos que los vuelven microbilogicamente sanos. Sin
embargo, esos alimentos son invendibles porque los consumidores
prefieren el flavour natural y fresco.
A pesar de su gran potencial, el uso de BACTERIOCINAS es
negligente en comparación a los aditivos
químicos.
El rango de actividad antimicrobial es estrecho y no se extiende
hacia la Gram-negativa, que suele ser la primera causa del
envenenamiento por comidas.
Dadas las limitaciones anteriores, la biopreservación es
la llave natural hacia el futuro; pero en la actualidad no es
frecuente la utilización de este método.
Hay barreras que no han sido muy usadas y cuyo efecto es
mas bien incierto.
Monolaurina
Es un éster del ácido láurico con
propiedades emulsionantes y un amplio espectro antimicrobiano
contra bacterias Gram positivas, mohos y levaduras.
Ácidos Grasos Libres
Según el grado de saturación y el largo de la
cadena, algunos tienen efecto inhibidor de bacterias. Para las
concentraciones que se requieren para este efecto hay cambios
organolépticos detectables. Citosano: es un
polisacárido de alto peso molecular que inhibe
significativamente el crecimiento de ciertos hongos.
Cloros
Los más usados son los hipocloritos. Se usan como
desinfectados. En algunos países no se permite el contacto
de soluciones
cloradas con productos crudos, en otros, el cloro residual, luego
del procesamiento y envasado, debe estar por debajo de un nivel
máximo.
Citosano
Es un polisacárido de alto peso molecular que inhibe
significativamente el crecimiento de ciertos hongos.
Deshidratación Osmótica y Revestimiento
Comestible
La deshidratación osmótica y el revestimiento
comestible representan dos formas de aplicar la tecnología de
barreras a los alimentos sólidos sin afectar su integridad
estructural.
La primera, deshidratación osmótica, es directa;
consiste en impregnar trozos de comida en soluciones
altamente concentradas.
La segunda, revestimiento comestible, es menos usada y consiste
en poner una capa superficial, comestible, que tiene una alta
concentración de alguna sustancia conservante, por
ejemplo, agentes antihongos y antioxidantes.
Reacción de Maillard
Las propiedades antioxidantes de Maillard son reconocidas por
varios autores por su habilidad para desacelerar la
oxidación de los lípidos,
también inhibe la actividad enzimática.
Los productos intermediarios de esta reacción pueden ser
el dióxido de carbono y
el agua, los
productos finales son polímeros.
El producto de la reacción de Maillard afecta al color, al
flavor y a otras propiedades físico-químicas de los
alimentos.
Conservación de alimentos por Ultra Alta Presión
(UHP)
La técnica Ultra Alta Presión,
(Ultra High Pressure, UHP) se usa como técnica de
preservación. Una ventaja es que puede inactivar ciertos
microorganismos, los que no son afectados con otras técnicas
de preservación. La combinación de un tratamiento
de calor medio
con UHP demostró ser una técnica efectiva para una
serie de productos alimenticios.
La inactivación de microorganismos por el tratamiento UHP
fue dramáticamente reducida en alimentos con actividad del
agua por debajo de 0.94. la resistencia de
los microorganismos a UHP debe ser a pH 3-8. para una adecuada in
activación de esporas bacterianas se requieren presiones
sobre 8000 Kg/cm2 y altas temperaturas.
El procedimiento a
seguir con alimentos preempaquetados en containers hechos de
materiales
plásticos
comerciales es el siguiente. Se los cargan dentro de un
recipiente a alta presión rellenado con agua del grifo, se
cierra el recipiente, la presión interna sube hasta el
valor
necesario y luego baja a la presión ambiental; se abre el
recipiente, se saca el agua y se
seca. El alimento ya empaquetado esta listo para su distribución.
Mano-Termo-Sonicación (MTS)
Una nueva combinación de procesos para la
inactivación microbiana que incluye calor y
ultrasonido bajo presión. La presión fue necesaria
para obtener MTS letalidad a temperaturas por debajo del punto de
ebullición. La combinación de calor y
ultrasonido bajo presión incrementa mucho mas la letalidad
de los tratamientos de calor permitiendo una reducción
drástica en el tiempo y/o
temperatura del proceso de calor.
La inactivación microbiana por MTS sigue, como los
procesos de calor, una primera reacción modelo
cinética que predice un buen efecto de
inactivación. Como consecuencia MTS puede ser una
alternativa ventajosa para los procesos de calor.
Inactivación Fotodinámica de
Microorganismos
La acción fotodinámica comienza cuando un
fotosensor absorbe luz de una
longitud de onda específica en presencia de oxígeno. Esto causa oxidación, lo
que produce efectos químicos y biológicos. Los
efectos biológicos incluyen daños de la membrana,
mutagénesis, interferencia del metabolismo,
reproducción, etc.
Fotosensores exógenos pueden crear especies reactivas las
que pueden causar daños y muertes al sistema
biológico. Las especies reactivas fueron pensadas para ser
producidas por dos mecanismos llamados REACCIÓN TIPO 1 y
REACCIÓN TIPO 2.
Reacción tipo 1: Mecanismo de fotooxidación que
envuelve la interacción directa del sensor excitado con el
substrato obtenido en formaciones radicales y subsiguiente
reacción con oxígeno.
Reacción tipo 2: El camino de la fotooxidación que
envuelve la energía transferida al dioxígeno
generando una molécula simple de oxígeno, un oxidante activo que media la
fotooxidación.
8. Ejemplos de
barreras en la preservacion de alimentos
Preservación de jugos de frutas
Como ya se menciono, los consumidores no son partidarios del
agregado de conservantes químicos a los alimentos. Pero
pese a las preferencias de los consumidores la aplicación
de conservantes a este tipo de productos esta totalmente
justificada, ya que su presencia es menos dañina que su
ausencia, impide el desarrollo
tóxico y el deterioro microbiano.
Debe ser aclarado que el uso de conservantes envuelve menos
riesgo que el
no-uso de ellos, ya que previenen la formación de hongos.
El uso de conservantes es justificado dado que las temperaturas
altas a las que debiera ser sometido el jugo de fruta, para matar
a los microorganismos, produciría cambios en el flavour,
decoloración y perdidas de nutrientes. Por este motivo es
que la sanidad de los jugos de fruta es asegurada con la
combinación de conservantes y de otras
barreras.
Fellows, Peter. "Tecnología del
Procesado de Alimentos". Editorial Acribia. 1994.
Brody, Aaron L. "Integrating Aseptic and Modified Atmosphere
Packaging to Fulfill a Vision of Tomorrow". Food Technology.
April 1996.
Mertens B. and Knorr D. "Developments of Nonthermal Processes for
Food Preservation" Food Technology. May 1992.
Lioutas, Theodore S. "Challenges of Controlled and Modified
Atmosphere Packaging: A Food Company’s Perspective". Food
Technology. September 1988.
Autor:
Hernan Murno
Estudiante Ing. En Alimentos
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