Principios Generales de la Aplicación del Frío a los Alimentos
(una aproximación sencilla a la Tecnología de Alimentos)
Introducción
El
tratamiento de alimentos ha sido una práctica común ,desde los albores de la
historia del hombre, con el objetivo de solucionar el grave problema de
estacionalidad de la producción de gran parte de los mismos. Los
tratamientos tradicionales (desecación, fermentación, salazón, etc..) permitían
incrementar el tiempo de conservación a expensas de alterar profundamente las
características naturales del producto.
Con el paso del tiempo, y una vez
solucionado el problema de estacionalidad, en gran parte, la tecnología de
alimentos se ha ido adaptando a la
demanda de los consumidores, cada vez más exigentes en los aspectos de
calidad sensorial, nutricional y sanitaria. Estas exigencias han condicionado
el desarrollo de los tratamientos hacia tecnologías 'limpias' que mantengan, en
lo posible, las características naturales del producto.
Los tratamientos para la conservación de
alimentos han ido evolucionando históricamente desde métodos ancestrales, como la deshidratación mediante
energía solar, hasta las modernas tecnologías de deshidratación osmótica o
tratamientos a bajas temperatura: congelación o refrigeración en atmósferas
controladas.
Es evidente, que la tendencia, en la actualidad, se dirige a
tecnologías de consumo en fresco o procesado mínimo, "tecnologías
medias", en las que la refrigeración y congelación juegan un papel muy
importante.
El avance científico de las últimas
décadas ha permitido desarrollar nuevas tecnologías, basadas en métodos químicos (azúcares, ácidos, etc..),
biológicos (fermentación alcohólica o ácida), y físicos: aumento de energía del
producto (tratamientos térmicos o irradación),
reducción de la temperatura (refrigeración o congelación), reducción del
contenido en agua (concentración, deshidratación, liofilización), y la
aplicación de 'barreras' (envasado), que mejoran significativamente el tiempo
de conservación.
De
las tecnologías disponibles se ha constatado que las bajas temperaturas,
refrigeración (comercialización a corto y medio plazo) y congelación
(comercialización a largo plazo)) son tecnologías que presentan una gran
eficacia tanto por mantener la calidad sensorial y nutricional del producto,
como por ser tecnologías 'limpias', y con costes asumibles a nivel comercial.
Así mismo, debido a la creciente sensibilidad de los consumidores en aspectos
de contaminación, los tratamientos químicos (potencialmente contaminantes) han
experimentado un importante retroceso en beneficio de los físicos, y en un
futuro próximo, no sería de extrañar, que únicamente se permita la aplicación
de tecnologías 'limpias' tanto para el producto como para el medio ambiente.
En la actualidad, la aplicación de los
métodos de ingeniería genética en el campo de tecnología de alimentos
(biotecnología) ha abierto un nuevo camino, para mejorar o producir nuevos
alimentos.
En productos vegetales, y especialmente en
frutos, la manipulación genética ha permitido producir plantas transgénicas ,
con el mecanismo de la síntesis de etileno inhibido, y que presentan una mayor
capacidad de conservación de tomates (Smith et al., 1988).
Parece
por tanto evidente que la biotecnología es un campo que abre unas enormes
perspectivas de futuro para la mejora o producción de nuevos alimentos, y que
deberá ser referencia obligada en el futuro desarrollo de la Ciencia y
Tecnología de Alimentos.
Principales causas de la modificación de los alimentos
Los alimentos tanto por sus
características físico-químicas como por su composición son sistemas muy
complejos y altamente inestables. En general, presentan las características de
un sistema polidisperso, en el que coexisten: soluciones verdaderas,
dispersiones coloidales, emulsiones y sistemas celulares.
Los
sistemas celulares difieren del resto de los sistemas por tener una estructura
muy compleja y con alto grado de organización: miosistemas (carnes y pescados)
y fitosistemas (vegetales).
La composición de los alimentos se
caracteriza por un elevado contenido en agua, e hidratos de carbono, lípidos,
proteínas, vitaminas, etc.., sustancias altamente inestables. El agua es su
mayor componente y puede alcanzar niveles del 95-98% del peso fresco en algunos
productos vegetales (especies foliáceas).
En general, cuanto mayor es la proporción
de agua 'libre' mayor es la
inestabilidad de los sistemas, y cuanto mayor sea la proporción de agua
'ligada' (no es liberable por presión) el alimento presenta una mayor
estabilidad.
Figura 1. Principales causas del deterioro de los alimentos
Los hidratos de carbono, proteínas, lípidos, pigmentos, vitaminas,
etc.., son sustratos muy inestables y su degradación incide directamente sobre
la calidad sensorial (color, sabor, textura, etc..) y nutritiva (vitaminas).
Asimismo, son sustratos esenciales para el desarrollo de microorganismos:
hongos, levaduras y bacterias (calidad sanitaria).
Procesos físicos
La pérdida de agua es uno de los
principales problemas planteados en la comercialización de alimentos, ya que
además de producir una pérdida de peso (pérdida económica) es una de las principales
causas de la pérdida de calidad sensorial (color, textura, etc..) e incluso de
valor nutritivo (vitaminas). La pérdida de agua es un fenómeno físico de
difusión que depende las características
del producto (K), de la superficie de intercambio (S), y del gradiente de
presiones parciales de vapor entre el producto y el medio ambiente (ÑPv).
m = K · S · ÑPv
m = Pérdida de masa por unidad de tiempo
K= Constante que depende de la naturaleza del
producto
S= Superficie de intercambio con el medio
ambiente
ÑPv=
Gradiente de presiones parciales de vapor entre el producto
y el medio ambiente
Por su elevado contenido en agua, y
elevada porosidad y relación superficie-volumen, los productos vegetales son
especialmente sensibles a la pérdida de agua. Pérdidas de peso intensas alteran
drásticamente la textura (marchitamiento de los tejidos), inducen cambios de
color (degradación de clorofilas), favorecen la oxidación de vitaminas, y en
casos extremos pueden producir la muerte de los tejidos celulares
(pardeamientos).
En general, en productos vegetales, pérdidas de peso
superiores al 6-7% producen una pérdida irreversible de la calidad comercial (arrugamiento, marchitez, cambios de color etc.).
En productos de origen animal (carnes y
pescados) las excesivas pérdidas de agua producen desecaciones superficiales,
activan los procesos oxidativos (lípidos), y cambios de color que pueden
originar una pérdida importante de su valor comercial
Procesos químicos
En alimentos
tratados por frío los principales procesos químicos que producen el deterioro
de la calidad son la oxidación de lípidos, alteración de proteínas, y
degradación de pigmentos (figura 2)
Figura 2. Reacciones no enzimáticas que deterioran la calidad
La
oxidación de lípidos produce la aparición de sabores y olores desagradables
(enranciamiento) y en consecuencia una pérdida irreversible de la calidad del
alimento. El enranciamiento puede tener diferentes orígenes, sin embargo es de
especial importancia el mecanismo de autooxidación que produce cambios a nivel
sensorial y nutricional (oxidación de vitaminas), y en fases avanzadas incluso
toxicológico.
La autooxidación de lípidos depende directamente del contenido
del alimento en ácidos grasos y de su grado de insaturación. Las bajas
temperaturas ralentizan los procesos que producen rancidez y también inhiben el
desarrollo de microorganismos lipolíticos. Asimismo, la autooxidación de
lípidos produce peróxidos que pueden interaccionar con las proteínas
favoreciendo su desnaturalización y la formación de una agregación proteica.
La
desnaturalización de proteínas engloba todas las transformaciones de la
estructura de las proteínas que inducen una pérdida de sus características
funcionales, y un aumento de la probabilidad de uniones inter e
intramoleculares y de formación de
agregados. La desnaturalización y agregación proteica se estimula por los
productos de la autooxidación de lípidos.
Temperaturas elevadas desnaturalizan
las proteínas, mientras que el descenso de la temperatura incrementa su
estabilidad, siempre que no se alcance el punto de congelación. La modificación
de las proteínas, que produce una importante alteración de la textura, es un
grave problema durante la conservación de carnes y pescados al estado congelado.
El
pardeamiento no-enzimático (reacciones de Maillard) entre grupos
carbonilos (carbohidratos) y grupos aminos libres (aminoácidos) puede producir:
cambios de color, pardeamientos, pérdida de valor nutritivo, interacción de
dehidroascórbico (oxidación) y aminoácidos (grupos aminos libres) por efecto de
temperaturas elevadas.
Los hidratos de carbono son poco estables a elevadas temperaturas ya que éstas favorecen la solubilidad de pectinas, gelifican el almidón, y caramelizan los azúcares sencillos (monosacáridos). Las modificaciones producidas por la altas temperaturas pueden presentarse en alimentos procesados mediante tratamientos térmicos (escaldado de hortalizas, panificación, pasteurización de la leche, etc..).
Los hidratos de carbono son poco estables a elevadas temperaturas ya que éstas favorecen la solubilidad de pectinas, gelifican el almidón, y caramelizan los azúcares sencillos (monosacáridos). Las modificaciones producidas por la altas temperaturas pueden presentarse en alimentos procesados mediante tratamientos térmicos (escaldado de hortalizas, panificación, pasteurización de la leche, etc..).
La
degradación de pigmentos ya sea por hidrólisis o oxidación pueden
producir descoloración o pardeamientos superficiales, y alterar profundamente
la calidad comercial. La degradación de pigmentos es un problema importante en
vegetales que en su procesado es esencial el tratamiento térmico (escaldado).
Las reacciones químicas a temperatura
ambiente y en especial a bajas temperaturas son relativamente lentas, por ello
otros procesos más activos como la pérdida de agua y el desarrollo microbiano
son factores limitantes de la conservación de alimentos al estado fresco.
Únicamente las reacciones químicas (hidrólisis, oxidación, desnaturalización,
etc..) son importantes causas de deterioro de la calidad durante la
conservación al estado congelado.
Procesos enzimáticos (miosistemas)
Después del sacrifico (carnes) o captura
(pescado) el músculo sufre profundas modificaciones bioquímicas que permiten la
transformación del músculo en carne. Desde un punto de vista tecnológico los
procesos post-mortem: rigor y maduración (resolución del rigor), son
especialmente importantes en ovino y bovino ya que transforman el músculo en
carne (óptimo de calidad de consumo).
El rigor
mortis va asociado a una serie de mecanismos bioquímicos que se inician con
la muerte del animal y a la falta de aporte de oxígeno que se traduce en la
imposibilidad de desarrollar la glicolisis en condiciones aerobias.
La glicolisis anaerobia produce una acumulación de ácido láctico, un descenso del pH, y un descenso de la síntesis de ATP. A medida que desciende el nivel de ATP se establecen enlaces entre actina y miosina que producen el acortamiento del sarcómero y se instaura el 'rigor'. Con la instauración del rigor el músculo se transforma en poco jugoso, muy firme y correoso (figura 3).
La glicolisis anaerobia produce una acumulación de ácido láctico, un descenso del pH, y un descenso de la síntesis de ATP. A medida que desciende el nivel de ATP se establecen enlaces entre actina y miosina que producen el acortamiento del sarcómero y se instaura el 'rigor'. Con la instauración del rigor el músculo se transforma en poco jugoso, muy firme y correoso (figura 3).
Figura 3. Modificaciones enzimáticas en Mio y Fitosistemas.
La intensidad del acortamiento depende tanto de las características de la especie como de la temperatura en la que se desarrolla.
La resolución
del rigor, 'maduración' produce un ablandamiento del músculo, aumento del
pH, aumento de la capacidad de retención de agua, etc.., y el músculo
(correoso) adquiere las óptimas características sensoriales (jugosidad, sabor y
textura). Aunque los mecanismos asociados a la maduración no están esclarecidos
parece ser que la hidrólisis de las proteínas sarcoplásmicas es un mecanismo
decisivo del ablandamiento del músculo
Es por tanto evidente que el tratamiento
frigorífico deberá regular los procesos post-mortem pero sin alterar la 'resolución del rigor' (óptimo de calidad
sensorial).
Procesos fisiológicos (fitosistemas)
Los productos vegetales son organismos
vivos que para mantener su organización celular, después de la recolección,
metabolizan sus propias sustancias de reserva produciendo la energía esencial
para su metabolismo de síntesis.
Los procesos fisiológicos
post-recolección, comunes a todos los productos vegetales son los de transpiración y respiración. Mientras el proceso de transpiración es un fenómeno
puramente físico, evaporación de agua de constitución, el de respiración es un
proceso oxidativo que implica mecanismos bioquímicos altamente complejos:
permite obtener la energía (ATP) necesaria para mantener los procesos vitales,
después de la recolección.
La transpiración produce una pérdida de
peso que puede suponer importantes pérdidas económicas, así como alteraciones
importantes de los atributos de calidad (textura, color, etc..). En el proceso
de respiración se consumen hidratos de carbono (azúcares y ácidos orgánicos), y
se libera CO2, H2O y parte de la energía producida (calor
de respiración).
Además de los procesos de transpiración y
respiración, se pueden desarrollar otros procesos fisiológicos: maduración de frutos, brotación de tubérculos, elongación de tallos, floración...etc después de la
recolección (figura 3)
El proceso de maduración de frutos se induce por un delicado equilibrio hormonal (etileno, citoquininas, giberelinas, etc..) y produce importantes modificaciones físicas (color, textura), químicas (azúcares, ácidos), fisiológicas (respiración) y bioquímicas (síntesis enzimática), que permiten que el fruto alcance la plena madurez. En general, la plena maduración ('ripening') es coincidente con el incremento de la producción de etileno, máxima intensidad respiratoria, y estimulación de los mecanismos asociados a la maduración de frutos climatéricos.
La
intensidad de estos procesos depende de factores intrínsecos (especie,
variedad, grado de madurez en recolección, etc..), y de factores extrínsecos o
ambientales: temperatura, humedad relativa, composición de la atmósfera, etc..
La regulación de los procesos post-recolección puede enfocarse mediante el
control de ciertos factores intrínsecos, en general de dificil manipulación, o
mediante el control de factores extrínsecos, que han sido la base para el
desarrollo de eficaces tecnologías post-recolección (refrigeración, atmósferas
controladas, atmósferas modificadas, etc..). estas tecnologías reducen las
pérdidas de peso, retardan los procesos fisiológicos, y prolongan eficazmente
el período de conservación comercial.
En cualquier caso es muy importante tener
en consideración que para optimizar las tecnologías post-recolección es
necesario conocer los 'puntos críticos', en función de la especie, variedad y
grado de madurez en recolección, ya que unas condiciones inadecuadas pueden
inducir alteraciones fisiológicas ('daño de frío', 'daño de CO2,
'anaerobiosis', etc..).
La aplicación de métodos de ingeniería
genética han permitido producir plantas transgénicas (tomate) cuyos frutos
presentan (inhibición de la síntesis de etileno o de poligalacturosas) una mayor capacidad de conservación.
Desarrollo microorganismos
Los alimentos son fácilmente modificados
por agentes biológicos (microorganismos) tanto por su composición (elevado
contenido en agua, proteínas, hidratos de carbono, lípidos ..etc) como por la
presencia de forma natural de hongos, bacterias y levaduras, especialmente en
su superficie.
Los microorganismos aun cuando son un
factor decisivo del deterioro de los alimentos, protagonizan numerosas
aplicaciones tradicionales en las que determinados procesos fermentativos han
sido utilizados por el hombre para la obtención de nuevos alimentos (productos
lácteos, vinos, pan...etc). En la actualidad la utilización selectiva de
determinadas especies y cepas capaces de
mejorar, o producir nuevos alimentos (Fox, 1993), sintetizar sustancias de
interés farmacológico, o de eliminar residuos...etc, ha permitido el
expectacular desarrollo de la
biotecnología.
Figura 4. Factores que seleccionan y regulan el desarrollo de microorganismos.
El tipo o tipos de microorganismos capaces
de desarrollarse en un alimento depende de numerosos factores entre los que son
de especial relevancia: asociación, actividad de agua (aw),
componentes nutritivos, pH, tensión de oxígeno y temperatura (figura 4).
Los productos
vegetales y en particular los frutos, por su bajo pH (3-5), elevado
contenido de azúcares y moderada actividad de agua aw (0.80) son
especialmente sensibles al ataque fúngico, siendo las principales especies
responsables de podredumbres, Penicillium, Alternaria, Cladosporium, Botrytis y
Rhizopus.
Las hortalizas con pH
próximos a la neutralidad, moderado contenido en azúcares, y elevada actividad
de agua aw (0.90) son sensibles a determinadas especies de hongos,
Fusarium, Sclerotinia y Diploidia, y presentan una mayor sensibilidad al
desarrollo de bacterias (Ervinia carotovora) responsables de las podredumbres
húmedas.
En zumos,
por su pH bajo, elevada actividad de agua y de azúcares, a temperatura ambiente
son especialmente sensibles a fermentaciones alcohólicas, y posterior oxidación
de los alcoholes y ácidos por levaduras formadoras de película y hongos. La
deficiencia en vit. B limita el desarrollo bacteriano. A temperaturas
superiores a 35°C se inhibe
el crecimiento de levaduras y se
desarrollan Lactobacillus y Leuconostoc bacterias ácido-tolerantes.
El desarrollo de gérmenes en zumos a temperaturas de refrigeración se debe fundamentalmente a bacterias y hongos psicrófilos. Los zumos de hortalizas por su pH moderado y mayor complejo vitamínico son más sensibles al desarrollo de bacterias lácticas, Lactobacillus y Leuconostoc (ácido-azúcar-tolerantes).
El desarrollo de gérmenes en zumos a temperaturas de refrigeración se debe fundamentalmente a bacterias y hongos psicrófilos. Los zumos de hortalizas por su pH moderado y mayor complejo vitamínico son más sensibles al desarrollo de bacterias lácticas, Lactobacillus y Leuconostoc (ácido-azúcar-tolerantes).
El pan
por su baja actividad de agua es especialmente sensible a los hongos,
Penicillium, Rhizopus, Aspergillus..etc).
En productos de origen animal, en general, por su elevado contenido en proteínas,
vit. B y moderado pH son fundamentalmente atacados por bacterias (especialmente
leche y productos lácteos), y por hongos unicamente en la superficie.
En carnes
y pescados, las alteraciones en condiciones aerobias se producen unicamente
en la superficie y pueden originarse por hongos, levaduras o bacterias
aerobias. A temperatura ambiente se desarrollan especies aerobias de los
géneros Micrococcus y Bacillus, y especies anaerobias como Proteus o
Clostridium (putrefacción). Las levaduras pueden producir cambios de color, y
los hongos pegajosidad o cambios de color. En pescado el crecimiento de
microorganismos es especialmente rápido debido a su elevado contenido en
nitrógeno no-proteico y activa autolisis
A temperaturas de refrigeración predominan
las especies psicrófilas de los géneros Pseudomonas, Achromobacter,
Flavobacterium que producen mucosidad superficial, oxidación de grasas
(favorecen la autooxidación de lípidos) o cambios de color (especies
pigmentadas).
Aplicación del Frío a los Alimentos. Coordinador Manuel Lamúa, (CSIC). AMV Ediciones, Mundi prensa, 1ª edición 2000. Capítulos realizados por Rafael Alique, investigador del Instituto del Frío-ICTAN (CSIC)
Se trata de cuál tiene sentido para ti. La palabra tiene sentido para mí, aunque me han dicho que realmente necesito probar Scrivener. https://isopatent.com/5-habilidades-simples-de-microsoft-word/
ResponderEliminar