Viernes, 18 de abril de 2014

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Nuevas tecnologías para mejorar la conservación de alimentos


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Los ciudadanos de los países desarrollados tienen sobradas razones para preocuparse por la calidad y seguridad de los alimentos que consumen. El número de enfermedades producidas por los alimentos ha aumentado a lo largo de los últimos 20 años. Se estima que, en la actualidad y anualmente, 1 de cada 3 europeos y 1 de cada 4 estadounidenses padece una toxiinfección por el consumo de alimentos en mal estado.

Estas enfermedades producen 20 muertes cada millón de habitantes y cuestan a sus gobiernos “billones de euros”. La Organización Mundial de la Salud (OMS) calcula que 2 millones de niños mueren al año por enfermedades transmitidas por los alimentos y el agua. Por otra parte, la “diarrea de los viajeros”, que es la enfermedad más comúnmente contraída por los visitantes a los países en desarrollo, se ha estimado que afecta a entre el 20 y el 50% de los 35 millones de viajeros que anualmente atraviesan las fronteras de estos países.

¿Cuáles son las causas del problema?

El consumo de nuevos alimentos que se procesan con viejas tecnologías o con nuevos métodos todavía no suficientemente contrastados es una de las más importantes. Esta es la causa de la “aparición” de los microorganismos denominados “patógenos emergentes”, que incluyen a especies de gérmenes que tradicionalmente no constituían un problema importante para la salud. El desarrollo de nuevos alimentos potencia, en ocasiones, su crecimiento frente al de otros patógenos “tradicionales”.

El cambio de los métodos convencionales de producción animal y vegetal favorece la aparición de nuevas enfermedades (síndrome de las “vacas locas”, intoxicación por dioxinas etc.) y el contagio de grandes grupos de animales y plantas con especies patógenas bien conocidas.

La concentración en grandes compañías de las industrias agroalimentarias hace que un fallo en los sistemas de control de calidad afecte a un gran número de consumidores, incluso de distintos países. Por idénticas razones, el cambio en los hábitos de vida, con la creación de grandes comedores colectivos, es también una causa importante del problema.

Finalmente, los cambios demográficos que han experimentado los países desarrollados han conducido a un aumento considerable de la población especialmente sensible (YOPIS= jóvenes, ancianos, embarazadas e inmunodeprimidos).

¿Cuáles son las limitaciones de las tecnologías tradicionales?.

En la actualidad, el único método de conservación que simultáneamente garantiza la seguridad sanitaria de los alimentos es el calor. Sin embargo, recientemente se ha demostrado que diversas especies microbianas patógenas para el hombre (que originan una enfermedad) son capaces de sobrevivir a los actuales tratamientos térmicos. Además, alimentos aparentemente bien pasteurizados han sido responsables de graves toxiinfecciones alimentarias.

El principal problema de los tratamientos térmicos radica en su inespecificidad, dado que, al tiempo que inactivan microorganismos y enzimas, producen una serie de cambios químicos en los componentes de los alimentos cuyas consecuencias son la perdida de su calidad nutritiva, sensorial y funcional. Esta circunstancia impide, en muchas ocasiones, incrementar la intensidad de los tratamientos actualmente utilizados y, por tanto, su seguridad sanitaria.

Por otra parte, los cambios en los hábitos de consumo y la mayor preocupación del ciudadano medio por la calidad de los alimentos que consume, han inducido a la industria alimentaria al desarrollo de nuevos productos mínimamente procesados. Una de las principales limitaciones para la expansión industrial en este campo es la inexistencia de métodos de conservación e higienización adecuados que, asegurando la conservación y salubridad de estos alimentos, afecten mínimamente a su calidad.

¿Existen soluciones para este problema?

La Tecnología de los Alimentos está realizando en la actualidad un enorme esfuerzo para el desarrollo de nuevos métodos de conservación e higienización de los alimentos. Por una parte, se intentan mejorar en lo posible los actuales tratamientos térmicos buscando métodos más eficientes de calentamiento, como los microondas, el calentamiento óhmico, etc. Por otra, se intentan combinar diversas tecnologías que permitan reducir la intensidad de los tratamientos y, de esta forma, sus efectos sobre la pérdida de calidad (por ejemplo la adición de ácidos permite reducir la temperatura y el tiempo de esterilización de algunas conservas vegetales). Finalmente, se intentan buscar nuevos métodos de tratamiento, más específicos, que permitan destruir de forma eficaz a los microorganismos y afecten mínimamente a la calidad de los alimentos. Dentro de este último grupo, los ultrasonidos y los campos eléctricos pulsantes son dos de las tecnologías más prometedoras en fase de investigación.

¿Qué son los ultrasonidos? ¿Cómo pueden usarse?

Los ultrasonidos son ondas sonoras que resultan inaudibles para el hombre por su elevada frecuencia. Al atravesar los medios líquidos, los ultrasonidos generan ciclos alternativos de compresión y expansión y, como consecuencia, la aparición de burbujas de gas en la masa del líquido. En sucesivos ciclos, las burbujas crecen, alcanzan un tamaño crítico y, al superarlo, implosionan (algo similar a retirar súbitamente el aire del interior de un globo). Al chocar entre sí las moléculas del líquido, como consecuencia del colapso, se producen ondas de presión que se transmiten por el medio inactivando a las bacterias y disgregando la materia en suspensión. Aunque el efecto de este fenómeno, denominado cavitación, se conoce de antiguo, su utilidad es muy limitada dada la escasa eficacia del proceso en las condiciones habituales de tratamiento.

Nuestro grupo ha investigado la posibilidad de incrementar la intensidad de la cavitación mediante la aplicación de ultrasonidos bajo presión (Manosonicación), y potenciar la eficacia letal del proceso mediante la aplicación simultánea de calor (Manotermosonicación). En nuestro laboratorio se ha diseñado una instalación que permite aplicar ultrasonidos y calor en condiciones perfectamente controladas de temperatura, presión y amplitud de las ondas ultrasónicas. Esta instalación nos ha permitido demostrar que la inactivación microbiana por ultrasonidos aumenta con la presión del sistema, de forma que es posible diseñar tratamientos de manosonicación que aumenten hasta 100 veces la seguridad sanitaria conferida por un tratamiento de ultrasonidos a presión y temperatura ambiente. Por otra parte, es posible diseñar procesos de manotermosonicación (ultrasonidos bajo presión + calor) a temperaturas moderadas que pueden actuar sinérgicamente aumentando “miles” de veces la seguridad sanitaria que conferiría un tratamiento térmico a la misma temperatura. La Manosonicación y/o la Manotermosonicación pueden resultar especialmente útiles para la pasteurización y esterilización de alimentos líquidos contaminados con microorganismos muy resistentes al calor, y para la de aquellos cuya composición aumenta de forma importante la termorresistencia microbiana (mermeladas, salmueras, etc) o dificulta la transmisión del calor (p.e. el huevo líquido). También puede resultar muy útil para la descontaminación de vegetales crudos y del utillaje de uso corriente en la industria agroalimentaria.

¿Qué son los campos eléctricos pulsantes? ¿Para qué pueden usarse?

Una de las nuevas tecnologías que podría sustituir a los tratamientos térmicos convencionales son los campos eléctricos pulsantes (CEP), producidos mediante la aplicación de descargas eléctricas de alto voltaje en condiciones controladas. Los campos eléctricos producen la acumulación de cargas de distinto signo a ambos lados de las membranas celulares. Cuando la fuerza del campo (E) alcanza un valor crítico (Ec), la atracción entre cargas vence la resistencia mecánica de las membranas y se producen poros. Si la fuerza del campo supera ampliamente el valor crítico (Ec), los poros producidos son numerosos, grandes e irreversibles conduciendo a la muerte de la célula.

Nuestro grupo ha colaborado con el grupo del Prof. D. Knorr, de la Universidad Tecnológica de Berlín, para el desarrollo de un nuevo equipo de pulsos eléctricos que es, en la actualidad y a escala mundial, el que mejor permite controlar los parámetros de tratamiento. Se ha demostrado que la eficacia de los campos eléctricos pulsantes aumenta con la fuerza del campo eléctrico aplicado . Aunque para lograr la inactivación microbiana es preciso aplicar campos eléctricos que en general superan los 10.000-15.000 voltios/cm, el medio de tratamiento apenas aumenta de temperatura dado que los pulsos eléctricos que los generan apenas duran algunas millonésimas de segundo. Esta es la razón por la que esta tecnología apenas afecta a la calidad de los alimentos.

Sus principales usos serían la higienización de alimentos líquidos especialmente sensibles al calor (por ejemplo zumos de frutas) y, dado que rompe las envolturas celulares, la aplicación sobre los tejidos animales y vegetales como paso previo a los procesos de extracción de sus componentes (por ejemplo para extraer el almidón de la patata, el azúcar de la remolacha, el zumo de las frutas etc).

Actividades del grupo de “Nuevas Tecnologías de Conservación de los Alimentos” de la Universidad de Zaragoza

Nuestro grupo fue pionero en el estudio de estos nuevos métodos de inactivación microbiana en Europa; ha diseñado y patentado un nuevo proceso de conservación/higienización basado en la aplicación de ultrasonidos; colabora con distintos grupos de investigación de Europa y Estados Unidos; y ha formado a sus miembros, en los aspectos que se consideran más importantes, en algunos de los centros más prestigiosos en este campo (Universidad de Washington, Universidad Tecnológica de Berlín, Universidad de Reading, etc). Ahora, nuestros esfuerzos están centrados en el estudio de la conservación de alimentos por ultrasonidos y por campos eléctricos pulsantes; pero a medio plazo, pretendemos ampliar nuestras investigaciones a otras tecnologías tales como: los pulsos de luz, los campos magnéticos de alta intensidad, etc.

Nuestro método de trabajo consiste en estudiar las bases biológicas que rigen los efectos de estas tecnologías, el diseño de nuevos procesos y, como último paso, la realización de investigaciones aplicadas en alimentos concretos para su transferencia al sector industrial. Lógicamente, el estado de desarrollo de nuestras investigaciones difiere con las distintas tecnologías; en tanto que en el estudio de los ultrasonidos nos encontramos prácticamente en la última fase, en lo referente a los campos eléctricos pulsantes nos encontramos en la primera.

Referencias bibliográficas de interés.

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Equipo de trabajo

Coordinación del grupo: Santiago Condón. Profesor titular Universitario

Asesoramiento en el diseño experimental y desarrollos metodológicos: Francisco J. Sala. Catedrátivo Universitario

Mecanismos de daño y Recuperación celular: Rafael Pagán. Profesor Titular

Bases moleculares de la resistencia microbiana: Pilar Mañas. Contr. Ramón y Cajal

Cinética de inactivación microbiana: Javier Raso. Profesor Titular

Parámetros de tratamiento y factores ambientales: Ignacio Alvarez. Profesor Ayudante

Becarios

Desarrollo de métodos biológicos de detección de antibióticos: D. Sanz (becario FPU)

CEP: D. García ( becario FPU) y N. Gómez (becario FPI)

Calor- Ultrasonidos-CEP: M Militello y G Cebrián

Procesos combinados para descontaminación de vegetales. Ultrasonidos: R. Virto. ( becario Gob. Navarra ).