Beneficios de las altas presiones: reducción de riesgos y mejoras en la funcionalidad

10/2/2009                                                                   Imprimir

En el marco de la Jornada Ciencia, Tecnología y Alimentación, celebrada recientemente en Barcelona y organizada por el Instituto Tomás Pascual Sanz y el Instituto de Investigación en Nutrición y Seguridad Alimentaria de la Universidad de Barcelona (INSA-UB), D. Buenaventura Guamis, presentó su ponencia sobre los beneficios de las altas presiones en la reducción de riesgos y las mejoras en la funcionalidad.

La planta de tecnología de los alimentos somos un grupo de 35 personas que además de pertenecer a las redes CeRTA (Centro de Referencia de Tecnología de los Alimentos) y a la Xarxa de Centres de Suport a la Innovació (Red de Centros de Apoyo a la Innovación) de la Generalitat de Cataluña, formamos también un grupo a propósito de un proyecto (MALTA - Consolider) donde se encuentran investigadores de gran experiencia en los campos de física, química, astrofísica y estudio de materiales en el mundo de las altas presiones. De este grupo nosotros somos los encargados de la transferencia de tecnología.

Dentro de las altas presiones podemos considerar dos campos: las altas presiones hidrostáticas y la ultra alta presión homogenización. Las primeras son presiones que se encuentran en un rango entre los 100 y los 1.000 megapascales. Son tratamientos discontínuos que se están aplicando ya a escala industrial.

Dentro del MALTA- Consolider hay grupos que están trabajando a presiones mucho más elevadas a nivel molecular y a nivel de estudios de materiales. En un futuro esta tecnología entrará en una segunda generación de aplicaciones que es lo que llamamos ultra alta presión hidrostática, en la que se trabaja con presiones más altas y con tiempos mucho más reducidos que los que se utilizan ahora para subir y bajar las presiones.

Altas presiones hidrostáticas y destrucción de microorganismos

¿Cuál es el efecto de las altas presiones hidrostáticas a nivel de microorganismos? Los mecanismos fundamentales de destrucción de microorganismos, sobre todo de formas vegetativas, se basan en cambios que afectan a reacciones bioquímicas, a mecanismos genéticos y a la pared y a la membrana celular. Por otro lado, hay una cierta divergencia de criterios sobre la sensibilidad de distintos tipos de bacterias (Gram positivas versus Gram negativas). La conclusión es que cada microorganismo hay que valorarlo de forma individual e incluso serotipos de una misma cepa muestran comportamientos diferentes. La forma también tiene influencia. En principio son más sensibles las formas bacilares que los cocos. También el estado fisiológico del microorganismo puede tener influencia, no es lo mismo coger a un microorganismo en una fase logarítmica de crecimiento que cuando se encuentra en estado de latencia. Todos estos factores hay que tenerlos en cuenta cuando tratamos alimentos para poder aplicar las condiciones que sean más letales y más adecuadas.

Por otro lado, los mohos y las levaduras son relativamente fáciles de destruir; sin embargo las esporas son muy resistentes, hasta el punto de que se necesitan presiones superiores a los 1.000 megapascales para alcanzar un nivel de destrucción importante. Aunque existen técnicas que nos permiten minimizar esto, como es el caso de los procesos combinados donde podemos aplicar temperaturas y también sustancias químicas que pueden aumentar la sensibilidad de estos microorganismos a los tratamientos.

Cuando trabajamos con leche y productos lácteos, podemos observar que dependiendo de la matriz, los efectos pueden ser mayores o menores. ¿Qué productos lácteos tienen un manejo más complicado? Aquellos que se basan en leche con muy pocas modificaciones. Sin embargo, los productos menos complicados son aquellos que aportan bacterias lácticas ácidas, ácidos orgánicos o alguna serie de sustancias producidas por microorganismos, como es el caso de las bacteriocinas. Por lo tanto, en alimentos que han sido procesados y que se aplican las altas presiones, el efecto que tenemos de destrucción, tanto de formas vegetativas como de esporas, se ve incrementado.

Con respecto a Staphylococcus Aureus a medida que aumenta el periodo de almacenaje, es decir, que se producen más cantidad de sustancias liberadas por las bacterias lácticas que se encuentran en el producto, el efecto de destrucción es mayor. Nos encontramos ante una matriz que va evolucionando, por lo tanto los tratamientos que vamos aplicando tienen mayor facilidad para destruir microorganismos.

Lo mismo ocurre en el caso de la Listeria Monocytogenes, aunque vemos que con presiones en torno a los 400-500 megapascales la reducción es considerable. La Listeria habitualmente no es un microorganismo que dé problemas en la mayoría de las matrices, aunque en algunos casos pueden sobrevivir ya que el microorganismo sufre daños subletales que es capaz de reparar.

En el caso de la Yersinia Enterocolítica se observan comportamientos distintos en función del serotipo y en lo que se refiere a la sensibilidad al tratamiento. Se ha hecho un estudio con tres serotipos en una base de queso que tiene fermentos lácticos. Si lo comparamos con la leche los resultados son muy diferentes, hasta el punto que inicialmente vemos reducciones importantes, pero luego hay una reactivación. Hay que tener cuidado con las condiciones del medio que utilicemos.

Con respecto a E. Coli los niveles de destrucción son importantes. En quesos modelo que tienen bacterias lácticas el efecto es importante.

Altas presiones hidrostáticas y funcionalidad tecnológica

Las altas presiones hidrostáticas no sólo tienen capacidad para destruir microorganismos, también hay aplicaciones desde el punto de vista de la funcionalidad tecnológica. Ésta viene dada por la textura o por las características sensoriales que tiene el alimento. Concretamente el efecto de las altas presiones influye en la cristalización de la grasa y, por lo tanto, se puede utilizar como un mecanismo de maduración y aceleración del helado, el madurado físico de natas para la fabricación de mantequilla o también se pueden utilizar para incrementar la velocidad de congelación. Se obtienen así alimentos congelados con tamaño de cristales más pequeños. Incluso estas técnicas se están estudiando enfocadas a conservación de órganos.

En la leche fermentada y yogur...

En cuanto a leche fermentada y yogur vemos que hay una serie de aspectos funcionales que pueden ser positivos: mejora de la textura, podemos influir sobre la sinéresis, en algunos casos es posible la presurización del yogur para controlar las bacterias lácticas y, por lo tanto, retrasar las acidificaciones. Esto puede tener connotaciones legales ya que modifica el número de supervivientes que podemos encontrar. Otra cosa es que se compare con yogures tratados técnicamente, en los que el tratamiento puede influir en la conservación de ese yogur durante un tiempo prolongado.

En los productos avícolas...

Salvando los problemas funcionales que puede presentar el huevo o la carne de pollo, aplicando tratamientos a tiempos muy cortos podemos observar que se alcanzan también ciertos niveles de inactivación, como es el caso de Salmonella o E. Coli. Vemos que en huevo líquido la reducción es menor. Para la valoración de daños subletales estamos realizando estudios con técnicas especiales como la citometría de flujo o el análisis con PCR para comprobar exactamente si quedan microorganismos con daños subletales y si estos microorganismos son capaces de recuperarse de los daños causados por estos tratamientos. La Listeria es más sencilla de reducir en estos medios.

En los productos vegetales...

Respecto a los productos vegetales, uno de los que mejor resultado nos ha dado ha sido el gazpacho. Obtenemos la reducción de todos los microorganismos influenciado por el bajo pH que tiene y por el conjunto de componentes del producto.

En el zumo de uva logramos también una reducción muy importante a nivel de recuentos totales, y por ello hay ya zumos tratados con altas presiones en el mercado.

Hemos hecho una serie de estudios con el mosto y con el vino para el INCAVI (Institut Català del Vi) con el objetivo de disminuir, entre otras cosas, la utilización de anhídrido sulfuroso y de componentes que se utilizan actualmente para la estabilización microbiológica del vino.

Las altas presiones se pueden combinar con temperatura, no sólo con altas temperaturas, también con temperaturas bajas se consiguen efectos importantes de destrucción microbiana e inactivación de enzimas y no se afecta tanto el producto desde el punto de vista organoléptico.

Ultra alta presión homogenización

Se trata de una nueva tecnología en la que están trabajando varios grupos de Europa que abre muchas posibilidades, no sólo desde el punto de vista microbiológico, sino funcional.

En nuestras instalaciones, ubicadas en la planta de Tecnología de alimentos, hay unos mecanismos para poder ajustar las condiciones de temperatura de entrada y de salida de los productos que tratamos. Por otro lado está la Unidad de tratamiento, que es un sistema hidráulico con intensificadores que nos permiten alcanzar presiones de hasta 400 megapascales en contínuo. El equipo que utilizamos trabaja a unos 120 litros/hora. Este equipo está conectado con una serie de tuberías y se puede conectar a un tanque aséptico y a una envasadora aséptica.

Habitualmente los homogenizadores utilizan un sistema que consiste en hacer pasar el producto a través de una válvula que tiene un cabezal y un asiento. Al pasar a través de los resquicios que quedan entre el cabezal y el asiento las partículas se rompen en glóbulos grasos y se dispersan o hacen emulsiones estables.

Sin embargo, con las elevadas presiones de homogenización, hay que distinguir dos conceptos:

-Altas presiones de homogenización, presiones en torno a 150-200 megapascales.

-Ultra altas presiones de homogenización, presiones por encima de los 200 megapascales.

En el caso de las ultra altas presiones, las posiciones del cabezal y el asiento son diferentes, y también el sentido de circulación del producto. Los avances que se están produciendo en ingeniería con el diseño de nuevas válvulas y nuevos materiales nos permiten aumentar esa capacidad de tratamiento y subir todavía más las presiones.

¿Cuáles son los mecanismos que utilizan las ultra altas presiones de homogenización? Utilizan fuerzas combinadas, cizallan, producen turbulencias, cavitación y altas presiones. En la zona de paso de la válvula se alcanza tres veces la velocidad del sonido en el aire, y en el momento de la salida de la válvula, debido a la compresión y a la fricción, se alcanzan temperaturas que pueden llegar a alcanzar los 120 º C. Podemos controlar esto de manera que los tiempos sean prácticamente mínimos, por debajo incluso de los 0,5 segundos, de manera que el efecto térmico, que si queremos se puede aportar, lo podemos controlar.

Estas altas presiones se consiguen generalmente con una sola válvula, aunque es posible combinar una segunda válvula para controlar el tamaño de los agregados que nos podamos encontrar en función de los tratamientos que hagamos (no siempre aparecen agregados).

El efecto que tenemos en destrucción de microorganismos es impresionante, hasta el punto que se alcanzan reducciones de 7-8 unidades logarítmicas de formas vegetativas. El problema por resolver en este momento es el de las esporas y estamos trabajando para poder eliminarlas. El objetivo es la esterilización con este sistema.

Desde el punto de vista de la funcionalidad, la ultra alta presión homogenización produce emulsiones muy finas y estables, modifica las propiedades reológicas de coagulación de la leche y de las emulsiones lácteas, mejorándolas y -en condiciones adecuadas- nos permite conservar los parámetros de calidad sensorial y nutricional.

Con respecto al yogur los efectos conseguidos son importantes desde el punto de vista económico y de textura. Vemos que es posible eliminar por completo la adición de leche en polvo, y también que no hay problemas desde el punto de vista toxicológico ni aparecen problemas de oxidación de lípidos (cosa que ha ocurrido con tratamiento de altas presiones).

Sobre el zumo de manzana también se han hecho estudios. La reducción de microorganismos es considerable y vemos también efectos que se han producido en la reacción de Maillard, producción de hidroximetilfurfural, donde podemos observar que respecto a la pasteurización hay diferencias muy importantes (el zumo pasteurizado tiene 100 veces más hidroximetilfurfural que el tratado con ultra alta presión). También la actividad de la polifenoloxidasa, dependiendo de las condiciones del tratamiento, se reduce bastante.

Por último, otra de las posibilidades que tiene esta tecnología es la nanoencapsulación en la producción de liposomas. Son técnicas que nos permiten evitar la oxidación de lípidos protegiéndolos de los agentes oxidantes. Una de las aplicaciones prácticas consiste en la encapsulación de componentes bioactivos, protegiéndolos y evitando su destrucción.