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INFORME TÉCNICO
PUBLICABLE
PROYECTO CENIT: CEN20072016
ACRÓNIMO: FUTURAL
“Contribución de las nuevas
tecnologías en la obtención de futuros alimentos”.
Liderado por la empresa ALIMENTACIÓN Y
SALUD DEL FUTURO, AIE.
CONSORCIO/AIE:
ANUALIDADES: 2007
- 2010
ÍNDICE GENERAL
1. TITULO Y AUTORES................................................................................................................ 9
2. AGRADECIMIENTOS. ...........................................................................................................11
3. PRÓLOGO. .................................................................................................................................12
4. RESUMEN EJECUTIVO .........................................................................................................15
4.1. INTRODUCCIÓN. ...........................................................................................................15
4.2. ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO. .......................................................................16
4.3. OBJETIVOS GENERALES DEL PROYECTO. .......................................................22
4.4. OBJETIVOS POR ACTIVIDAD. ..................................................................................22
5. RESULTADOS POR ACTIVIDAD Y TAREA. ..................................................................27
5.1. ACTIVIDAD 1. ESTERILIZACIÓN POR ALTA PRESIÓN DE CONSERVAS
VEGETALES, DE PESCADO Y MARISCO. ....................................................................27
5.2. ACTIVIDAD 2. PASTEURIZACIÓN POR ALTA PRESIÓN. COMBINACIÓN
DE LA ALTA PRESIÓN CON OTRAS TÉCNICAS DE CONSERVACIÓN. .........47
5.3. ACTIVIDAD 3. PROCESADO DE LECHE, DE PRODUCTOS LÁCTEOS Y
OTROS LÍQUIDOS POR TECNOLOGÍA DE ALTA PRESIÓN. ..............................92
5.4. ACTIVIDAD 4. SUSTITUCIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
CONVENCIONAL (TRANSFERENCIA DE CALOR) POR EL DE ALTA
FRECUENCIA (GENERACIÓN INTERNA DE CALOR). ....................................... 112
5.5. ACTIVIDAD 5. DESARROLLO DE NUEVOS SISTEMAS DE ENVASADO
................................................................................................................................................... 143
5.6. ACTIVIDAD 6. NUEVAS APLICACIONES DE LOS FLUIDOS
SUPERCRÍTICOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA. ......................................... 186
6. CONCLUSIONES GENERALES....................................................................................... 202
1 ÍNDICE TABLAS Y FIGURAS
TABLAS
4.2.1. Coordinación científica de las líneas de investigación del Consorcio. ...........................17
4.2.2. Distribución de las empresas participantes y de los organismos de investigación en
función de las actividades.....................................................................................................18
5.1.1. Resumen de resultados de valores nutricionales obtenidos en productos elaborados a
base de “atún en salsa de tomate” sometidos a distintos tratamientos de
conservación. .........................................................................................................................33
5.1.2. Resumen de resultados de valores nutricionales obtenidos en productos a base de
“berberechos al natural” sometidos a distintos tratamientos de conservación. ...........34
5.2.1. Comparación de las características de los equipos NCHyperbaric ................................48
5.2.2. Velocidad de subida de presión (hasta 6000 bar) y tiempo de mantenimiento de
presión. (Tratamiento UBU)................................................................................................52
5.2.3. Velocidad de subida de presión (hasta 6000 bar) y tiempo de mantenimiento de
presión. (Tratamiento IRTA)...............................................................................................53
5.2.4. Medias de TBARES (ug MDA/g muestra) en función del lote y día de muestreo. ....74
5.4.1. Reducciones microbiológicas y parámetros térmicos obtenidos durante los diferentes
ensayos. ................................................................................................................................ 133
5.5.1. Recuentos de células viables de los distintos microorganismos (ufc/ml) para la
sustancia ensayada y muerte celular expresada en reducción logarítmica .................. 146
5.5.2. Recuentos de células viables de los distintos microorganismos (ufc/ml) para la
sustancia ensayada y muerte celular expresada en porcentaje...................................... 147
5.5.3. Efectividad antimicrobiana de los nanoaditivos sobre el crecimiento de S. aureus ... 152
5.5.4. Efectividad antioxidante de los nanoaditivos por el método del DPPH ................... 153
5.5.5. Efectividad antioxidante de los barnices aditivados por el método del DPPH. ....... 154
5.5.6. Efectividad antioxidante de los barnices aditivados por el método del DPPH. ....... 154
5.5.7. Efectividad antimicrobiana de los barnices aditivados sobre el crecimiento de S.
aureus. .................................................................................................................................... 155
5.5.8. Efectividad antimicrobiana de los barnices aditivados sobre el crecimiento de S.
aureus. .................................................................................................................................... 155
5.5.9. Efectividad antioxidante del PCL aditivado mediante el método del DPPH. .......... 156
2 5.5.10. Efectividad antioxidante del EVA aditivado mediante el método del DPPH. ....... 156
5.5.11. Efectividad antioxidante del LDPE aditivado mediante el método del DPPH. ..... 156
5.5.12. Capacidad antimicrobiana del film activo a diferentes microorganismos. ............... 164
5.5.13. Capacidad antimicrobiana del film activo en concentraciones superiores de principio
activo. ................................................................................................................................... 165
5.5.14. Grado de oxidación lipídica de la carne de cerdo mediante el método TBARS. .... 168
5.5.15. Grado de oxidación lipídica de la carne de vacuno mediante el método TBARS. . 169
5.5.16. Capacidad antimicrobiana del film activo. .................................................................... 172
FIGURAS
5.1.1. Resumen de resultados de cizallamiento obtenidos para los distintos tratamientos de
conservación aplicados al producto “atún en salsa de tomate”......................................31
5.1.2. Resumen de resultados de cizallamiento-extrusión para los distintos tratamientos de
conservación aplicados al producto “atún en salsa de tomate”......................................31
5.1.3. Resumen de resultados de cizallamiento para los distintos tratamientos de
conservación aplicados al producto “berberechos al natural”........................................32
5.1.4. Resumen de resultados de cizallamiento-extrusión para los distintos tratamientos de
conservación aplicados al producto “berberechos al natural”........................................32
5.1.5. Aspecto de las acelgas y las espinacas escaldadas y tratadas a 700 MPa/10 min a 90
ºC. ............................................................................................................................................40
5.1.6. Aspecto de la acelga tratada a 700 MPA durante 3 x (5min) y 4 x (5 min) a 70 ºC. ....40
5.1.7. Aspecto del guisante tratado a 700 MPa durante 10 minutos a 90 ºC. ..........................40
5.1.8. Aspecto del guisante tratado a 700 Mpa durante 3 x (5min) y 4 x (5 min) a 60 ºC. ....41
5.1.9. Aspecto de una crema de verduras sin tratamiento (control), de una crema tratada
mediante altas presiones y temperatura (HPT) a 800MPa/80 ºC durante 10 minutos y
de una crema comercial tratada por calor ..........................................................................42
5.1.10. Aspecto de una crema de champiñón sin tratamiento (control), de una crema tratada
mediante altas presiones y temperatura (HPT) a 800MPa/80 ºC durante 15 minutos y
de una crema comercial tratada por calor. .........................................................................42
3 5.1.11. Aspecto de una crema de zanahoria sin tratamiento (control), de una crema tratada
mediante altas presiones y temperatura (HPT) a 800MPa/80 ºC durante 15 minutos y
de una crema comercial tratada por calor. .........................................................................43
5.1.12. Aspecto de los champiñones escaldados por microondas o por el método
tradicional, a lo largo de 6 semanas de almacenamiento. ................................................44
5.1.13. Aspecto de las alcachofas tras los tratamientos en el túnel semiindustrial. ................45
5.2.1. Dibujo 3D de la máquina Wave 6000/420. .......................................................................48
5.2.2. Comparación dimensiones W300 / W420 (figura en rojo). ............................................49
5.2.3. Vista de la primera máquina W420. ....................................................................................50
5.2.4. Diseño de cinta escamoteable..............................................................................................51
5.2.5. Esquema de funcionamiento de los equipos de alta presión. Detalle de la cámara
hiperbárica. .............................................................................................................................53
5.2.6. Vista de la primera máquina W420. ....................................................................................54
5.2.7. Aspecto de los diferentes productos después de un día del tratamiento por alta
presión: Control (no presurizado), APUR, FLASH o NORMAL .................................56
5.2.8. Detalle de las deslaminaciones (burbujas de aire) presentes en toda la superficie de la
base termoformable metalizada...........................................................................................60
5.2.9. Envase termoformado original y envasado en bolsa retráctil BB950. ...........................61
5.2.10. Presurización de productos a base de hígado. ................................................................61
5.2.11. Control (izquierda), presurizado (derecha). .....................................................................62
5.2.12. Control (izquierda), presurizado (derecha). .....................................................................62
5.2.13. Aspecto de la escalibada control (izquierda), presurizada (medio) y procesada por
autoclave (derecha)................................................................................................................63
5.2.14. Aspecto de las bolsas VPP control (izquierda) y presurizadas (derecha). ...................64
5.2.15. Imagen de la máquina termoformadora tipo skin adquirida por Mas Parés...............73
5.2.16. a) Muestras de bloc de foie-gras tratadas por alta presión y almacenadas en
refrigeración con y sin luz. b) muestras de bloc de foie-gras no tratadas por alta
presión almacenadas también en refrigeración con y sin luz. .........................................74
5.2.17. Evolución de L. monocytogenes en el Bloc de foie-gras para las muestras tratadas por
alta presión (HPP+), control y el perfil de temperatura durante el almacenamiento de
éstas. ........................................................................................................................................75
4 5.2.18. Evolución de Salmonella en Bloc de foie-gras tratado por alta presión (HHP+) o no
tratado (control) y perfil de temperatura a lo largo del estudio de Challenge Test. ....75
5.3.1. a) Comparación del perfil sensorial de un producto lácteo con y sin tratamiento de
presurización. b) Comparación del perfil sensorial de un producto lácteo probiótico
testigo con y sin tratamiento de presurización. .................................................................93
5.3.2. Comparación del perfil sensorial del tercer producto lácteo probiótico evaluado con y
sin tratamiento de presurización y almacenado a dos temperaturas de
conservación. .........................................................................................................................94
5.3.3. Influencia de la adición de productos fermentados sobre el porcentaje de
supervivencia observado en una población de nemátodos tras ser sometidos a un
estrés oxidativo en los ensayos realizados. ........................................................................95
5.3.4. PAGE-SDS de los sobrenadantes obtenidos por ultracentrifugación (a) y por
precipitación a pH 4.6 (proteínas séricas) de leche cruda de vaca y sometida a
diferentes presiones (de 250 MPa a 900 MPa). .................................................................98
5.3.5. PAGE-SDS de los sobrenadantes obtenidos por ultracentrifugación de leche
presurizada en un equipo industrial y en un equipo piloto con despresurización
rápida y lenta. .........................................................................................................................99
5.3.6. Contenido en lactoferrina de leche cruda de vaca y los sobrenadantes obtenidos por
precipitación a pH 4,6 y por ultracentrifugación. .......................................................... 100
5.3.7. Representación de los tamaños de micelas de leche cruda desnatada y presurizada
observados por microscopía electrónica de trasmisión. ............................................... 100
5.3.8. Comparativa de cromatograma de leche cruda de vaca y leche tratada por alta presión
(900 Mpa). ........................................................................................................................... 101
5.3.9. Gráficos del efecto de la alta presión en diferentes compuestos lipídicos. ................ 102
5.3.10. Contenido en lactoferrina de fórmula infantil control, presurizada a 650 MPa, 5 min
y tratada por UHT. ............................................................................................................. 103
5.4.1. Aspecto de la patata escaldada por microondas o por el método convencional, a lo
largo de 10 semanas de almacenamiento a -5ºC. ........................................................... 116
5.4.2. Aspecto del pimiento escaldado por microondas o por el método tradicional, a lo
largo de 10 semanas de almacenamiento a -5ºC. ........................................................... 117
5.4.3. Aspecto de la judía verde escaldada por microondas o por el método tradicional, a lo
largo de 12 semanas de almacenamiento a -5ºC. ........................................................... 118
5.4.4. Parámetros de composición de los productos lasaña boloñesa y vegetal y de cada una
de las fases que los componen, sin pasteurizar. ............................................................. 121
5 5.4.5. Parámetros termodinámicos de los productos lasaña boloñesa y vegetal y de cada una
de las fases que los componen, sin pasteurizar. ............................................................. 121
5.4.6. Perspectiva del interior del microondas. Lasaña vegetal con sondas de fibra óptica
insertadas en el producto por la parte superior justo antes del tratamiento. ............ 123
5.4.7. Perfil de temperatura promedio en el centro y en los bordes del plato. .................... 124
5.4.8. Platos preparados por NOEL (sin pasteurizar); (a) macarrones con salsa boloñesa, (b)
tortellinis al pesto, (c) rigatonis al formaggio y (d) raviolis al funghi. .................................... 125
5.4.9. Perfil de temperatura promedio de la salsa centro, salsa borde, dentro de la cavidad
de los macarrones o en el espacio entre los macarrones. ............................................. 125
5.4.10. Perfiles de temperatura de los diferentes componentes del plato preparado raviolis al
funghi tras el procesamiento por microondas piloto. .................................................... 126
5.4.11. Perfiles de temperatura de los diferentes componentes del plato preparado raviolis al
funghi tras el procesado por microondas semiindustrial. .............................................. 127
5.4.12. Estudio de vida útil del plato raviolis al funghi pasteurizado con autoclave y
microondas. ........................................................................................................................ 128
5.4.13. Posible configuración de la línea de pasteurización y etiquetado. ............................. 128
5.4.14. Microondas 5800 MHz .................................................................................................... 131
5.4.15. Ejemplo de los envases utilizados a) placa de petri, b) bote estéril rojo c) bote tapón
amarillo. ............................................................................................................................... 131
5.4.16. Relación del incremento de la potencia con el incremento de la velocidad de
calentamiento en función del tipo de envase utilizado en una leche fermentada. .... 132
5.4.17. Velocidad de calentamiento de la leche fermentada con un microondas de
5800MHz a diferentes tiempos de abertura del magnetrón. ........................................ 132
5.4.18. Proceso de regeneración del pulpo envasado con la tecnología de SimpleStep a
potencia 900W durante 75 segundos. Detalle del producto con las sondas insertadas
por la parte inferior (1), formación de la burbuja de cocción durante el procesado (2),
imagen del producto al finalizar el calentamiento dentro del microondas (3) y después
de 5 minutos (4). ................................................................................................................. 141
5.4.19. Aspecto de la escalibada control (izquierda), autoclave (medio) y procesada por
microondas industrial (derecha) con la tecnología Lidding. ...................................... 142
5.4.20. Imagen de la descongelación de lomos de cerdo envasados en bolsa termoretráctil.
............................................................................................................................................... 142
6 5.5.1. Muestra de extracto obtenido a partir de una corriente residual del proceso cervecero
............................................................................................................................................... 144
5.5.2. Relación licor/acetato de etilo obtenido en la primera extracción.............................. 145
5.5.3. Extractos obtenidos por fluidos supercríticos (SFE). ................................................... 148
5.5.4. Muestra de arcillas pertenecientes al estudio. ................................................................ 151
5.5.5. Patrones de difracción de rayos X de las arcillas estudiadas ........................................ 152
5.5.6. Fotografía de barnices nitrocelulósicos con 1% de nanoaditivo ................................. 154
5.5.7. Efectividad antimicrobiana de 0.5 gr de película en 25 ml de solución Ringer sobre el
crecimiento de S. aureus (CECT 239). Nanoaditivo empleado: Nanobioter ® 101
A1.41-20% agente activo Estudio realizado en Gaiker. .............................................. 157
5.5.8. Efectividad antioxidante de films de EVA aditivados con nanoarcilla por contacto
directo sobre carne. Nanoaditivo empleado: Nanobioter ® 101 A1.41-20% agente
activo. Estudio realizado en la USC. ............................................................................... 158
5.5.9. Fotografía del concentrado de EVA + 10% Nanobioter ® 101 A1.41-20% agente
activo enviado a AIMPLAS. ............................................................................................ 158
5.5.10. Fotografías de los films obtenidos en AIMPLAS. A la izquierda, film virgen
procesado sin aditivo. A la derecha, film aditivado con 10% de Nanbioter-17%
agente activo........................................................................................................................ 159
5.5.11. Film con recubrimiento activo. ...................................................................................... 162
5.5.12. Izquierda: film con al aditivo activo Derecha: film control, sin aditivo. ................. 162
5.5.13. Izda: Estructura 1; Centro: Estructura 2; Decha: Estructura 3. ................................ 163
5.5.14. Grado de oxidación lipídica de la carne de cerdo mediante el método TBARS. .... 169
5.5.15. Grado de oxidación lipídica de la carne de vacuno mediante el método TBARS. . 169
5.5.16. Efectividad antioxidante de todos los films con el agente activo en diferentes
concentraciones. ................................................................................................................. 170
5.5.17. Estudio para la evaluación de la efectividad antioxidante de los films incorporados
con el extracto de agente activo, en contacto directo con el alimento cárnico por el
método de TBARS. ............................................................................................................ 171
5.5.18. Estudio para la evaluación de la efectividad antioxidante de los films incorporados
con el extracto de agente activo en forma de Nanoaditivo, en contacto directo con el
alimento cárnico por el método de TBARS. .................................................................. 171
5.5.19. Ensayo de oxidación lipídica en carne de porcino. ..................................................... 173
7 5.5.20. Ensayo de oxidación lipídica en carne de vacuno. ...................................................... 173
5.5.21. Muestra de las zonas de una máquina de envasado. ................................................... 179
5.5.22. Realización de pruebas en planta piloto. ....................................................................... 180
5.5.23. Realización de pruebas para la definición de recomendaciones para la limpieza y
desinfección de termoformadoras higienizables. ........................................................... 181
5.5.24. Pruebas de adhesión entre films..................................................................................... 182
5.5.25. Resultados de los diferentes materiales (E1, E2 y E3)................................................ 183
5.5.26. Resultados obtenidos en las pruebas de sellado entre una bandeja y los films
evaluados. ............................................................................................................................ 184
5.5.27. Resultados obtenidos para la estructura EVA (6% agente activo)/ adh/EVOH/
adh/EVA (6% agente activo). .......................................................................................... 184
5.5.28. Resultados obtenidos para la estructura EVA (10%Nano)/ adh/EVOH/ adh/EVA
(10%Nano). ......................................................................................................................... 184
5.6.1. Planta piloto de procesado con fluidos supercríticos PFS20 (AINIA). ..................... 191
5.6.2. Cinéticas de extracción en pruebas con materia prima de elevado contenido lipídico
............................................................................................................................................... 193
5.6.3 y 5.6.4. Cinéticas de extracción en pruebas realizadas con dos tipologías de materias
primas. ................................................................................................................................. 194
5.6.5. Ejemplo de extractos obtenidos a partir de una materia prima de elevado contenido
lipídico.................................................................................................................................. 194
5.6.6. Ejemplo de extractos obtenidos en el separador 1 (S.1) y en el separador 2 (S.2) a
partir de una materia prima de elevado contenido lipídico. ........................................ 195
8 1. TÍTULO
T
Y AUTO
ORES
Futu
ural es el accrónimo del Proyecto "Contribuciión de las Nuevas
N
Teecnologías en la
obtención de futuros
f
alim
mentos tam
mbién doccumentado como futu
uros alimeentos:
más seguros, más
m nutritivvos, más con
nvenientes y más inteeligentes".
El proyecto
p
se aprobó en
n la tercera convocatorria del Proggrama CEN
NIT el año 2007,
enmaarcado en laa iniciativa Ingenio 20100 y dirigido
o a fomentaar la coopeeración púb
blicoprivaada en I+D
D+i, ha teniddo una duraación de cuaatro años fin
nalizándose en diciembre del
2010. El Centro de
d Desarrollo Tecnológico Industrial
I
(CD
DTI) destinó
ó un total dde 9 millonees de
euros al Proyeccto en form
ma de subvvención siendo el presupuesto to
otal aceptad
do de
aproxximadamentte 21 millon
nes de euros.
El Consorcio
C
e
estuvo
form
mado por 23 empreesas del seector agroaalimentario y 12
orgaanismos de investigacción estatalees lideradoss por Alimeentación y SSalud del Fuuturo,
AIE,, entidad crreada para liderar el proyecto
p
y formada por
p las siguuientes emp
presas:
Labo
oratorios Orrdesa, S.L., NChyperbaaric, S.A.; Lllet de Catallunya, S.L.; Nanobiomaatters,
S.L. y Sociedad Cooperativa
C
Ganadera del
d Valle de los Pedroch
hes (COVAP
P).
La Coordinación
C
n Científico
o-técnica deel Proyecto recayó sobre el organ
nismo públicco de
invesstigación IRT
TA y las tarreas propias de una Oficcina de Proyyecto las reaalizó la consuultora
Deloititte.
EMP
PRESAS:
Lab
boratorios Ordesa,
O
S.L.
Am
mcor Flexibles, S.L.
Barrrufet, S.A.
Bio
osearchlife, S.A.
S
Cassademont, S.A.
S
Conservas Cucca, S.A.
Daanone, S.A.
Ero
oski S.Coop
p.
Fun
ndació Alíciia
M
Miguel
Grupo Mahou-San
Grupo Riberebro (G
Gutarra)
Innoducky, S.L.
Llet de Catalunya, S.L.
S
Metalquuimia, S.A.
Nanobiiomatters, S..A.
NChyperbaric, S.A.
Noel Allimentaria, S.A.U.
S
Sealed Air,
A S.L.
9 SSociedad Co
oop.
G
Ganadera
deel Valle de lo
os
P
Pedroches
S
Soria
Naturaal, S.A.
T
Tecnologia
y Calidad Lááctea
U
Ulma
Packaging
U
Ultracongela
ados Virto, S.A.
S
UNIIVERSIDA
ADES,
C
CENTROS
PÚB
BLICOS DE
E INVEST
TIGACIÓN
N:
TECNO
OLÓGICO
OS
Y
O
ORGANISMOS
GAIKER
G
IATA-CSIC
I
IF/IFI-CSIC
I
C
IRTA
I
ITCL
I
Universidad
U
d Burgos (U
de
UBU)
Universidad
U
d Santiago dde Compostella
de
(USC)
(
AIN
NIA
ANF
FACO-CECO
OPESCA
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TI-TECNALIIA
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TA-LABORA
ATORIO
DEL
L EBRO
COO
ORDINACIÓN PROY
YECTO:
CIENT
TÍFICO-TÉC
CNICA
ECONÓM
MICO-FINA
ANCIERA
10 2. AGRADECIMIENTOS
El Consorcio formado por las empresas, organismos de investigación, universidades y
centros tecnológicos participantes, agradecen al equipo de trabajo del Centro para el
Desarrollo Tecnológico e Industrial (CDTI), y en particular a la Sra. Marta de Diego, Técnico
Responsable de Seguimiento asignada al Proyecto (TRSP), el apoyo recibido, lo cual ha
facilitado que el proyecto finalizara con éxito.
A su vez, el Consorcio agradece la financiación recibida a través del Programa CENIT,
enmarcado en la iniciativa Ingenio 2010 y dirigido a estimular la colaboración en I+D+i
entre las empresas, las universidades, los organismos y centros públicos de investigación,
centros tecnológicos, etc., aumentando la cooperación público-privada en I+D+i.
El Consorcio del FUTURAL agradece también al Comité de Coordinación General,
presidido por el Sr. D. Félix Parellada Jofre la labor realizada durante la ejecución del
proyecto.
Por su parte, el Comité de Coordinación General agradece el esfuerzo realizado por todos
los participantes que con sus ganas, empeño, dinamismo, constancia, ilusión, gran
capacidad de trabajo y motivación han permitido alcanzar con éxito los objetivos científicotécnicos planteados en el proyecto y, a su vez, nos han proporcionado la oportunidad de
trabajar con un gran equipo de personas y de profesionales a lo largo de los cuatro años del
proyecto FUTURAL.
Para el Comité de Coordinación General ha sido una gran satisfacción acompañaros,
incluso en momentos complicados, y haber compartido con vosotros esta experiencia llena
de éxitos.
Coordinadoras del Proyecto
Oficina del Proyecto
Sras. Mireia Molins y Anna Masdeu
Sres. Óscar Navós y Josep M Ràfols
IRTA
Deloitte
Director Científico
Presidente de la AIE
Dr. Jacint Arnau
Sr. Fèlix Parellada
11 3. PRÓLOGO
Los hábitos de consumo de alimentos en la sociedad actual está evolucionando, y la
industria agroalimentaria se enfrenta al reto imperioso que supone aumentar su
competitividad a través de la innovación para poder adaptar la calidad de los alimentos
transformados a la demanda de productos seguros, nutritivos, saludables, cómodos y de
alta calidad sensorial. Para ello un grupo constituido por 23 empresas1 liderado por
Alimentación y Salud del Futuro, una AIE (Asociación de Interés Empresarial representada por
Laboratorios Ordesa, S.L, NC Hyperbaric, S.A, Llet de Catalunya, S.L, Nanobiomatters S.L y
Sociedad Cooperativa del Valle de los Pedroches (COVAP), y 12 organismos de investigación2 se
organizó para ejecutar un proyecto de investigación que permitiera sentar las bases
científicas para aplicar, a nivel industrial, nuevas tecnologías en la elaboración y
conservación de los alimentos del futuro para adaptarlos a las necesidades del consumidor
del siglo XXI aumentando la competitividad de las empresas participantes y del sector
agroalimentario en general. La Coordinación del Proyecto recayó en el IRTA y las tareas
propias de una Oficina de Proyecto las realizó la consultora Deloitte.
El proyecto de investigación que se denominó FUTURAL, acrónimo de "Contribución
de las nuevas tecnologías en la obtención de futuros alimentos", fue uno de los 16
proyectos que merecieron el apoyo del programa de Consorcios Estratégicos Nacionales de
Investigación Tecnológica (CENIT) en su tercera convocatoria del año 2007, enmarcado
en la iniciativa Ingenio 2010 y dirigido a fomentar la cooperación público-privada en
I+D+i. Este proyecto tuvo una duración de 4 años finalizándose en diciembre de 2010. El
Centro de Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) destinó un total de 9 millones de euros al
Proyecto en forma de subvención, siendo el presupuesto total aceptado de unos 21
millones de euros.
A pesar de las dificultades económicas que surgieron durante la ejecución del proyecto, las
empresas mostraron el compromiso de alcanzar los objetivos planteados, sin que se
apreciaran retrasos o desánimo en la ejecución de las tareas.
FUTURAL ha sido, una herramienta para aumentar de forma significativa la colaboración
entre empresas y organismos de investigación, puesto que una parte importante de las
actividades del proyecto se realizaron en centros tecnológicos, universidades e institutos de
investigación y desarrollo. La ejecución del proyecto permitió la incorporación de nuevos
investigadores en los departamentos de I+D de las empresas y organismos de investigación
para poder llevar a cabo todas las actividades contempladas. La creación, ampliación o
consolidación de grupos de I+D en las estructuras empresariales del sector alimentario (la
mayoría PYMES) constituye un estímulo importante para la adopción de un cultura
empresarial basada en la innovación.
FUTURAL se estructuró en seis actividades en las que cada una de ellas abordaba una
tecnología nueva a través de un conjunto de objetivos científicos enmarcados en las
matrices alimentarias más apropiadas a su incorporación. Cada actividad se subdividió en
diversas tareas. En el presente informe, se describen para cada tarea los objetivos
planteados, un resumen ejecutivo, los principales resultados que son objeto de difusión y
las conclusiones derivadas de los mismos. Durante el período de ejecución del proyecto y
12 hasta finales del año 2012 se dispone, además, de una página web, para informar a los
sectores públicos y privados (http://www.cenitfutural.org) y ofrece documentación
complementaria a la contenida en el presente informe.
A lo largo de este documento se presentan los numerosos resultados obtenidos a partir de
la aplicación de las nuevas tecnologías incorporadas en el sector alimentario. Entre ellas, el
procesado por alta presión (HPP) ha recibido una gran atención, ya que permite la
inactivación a temperatura ambiente de microorganismos y enzimas, causando tan sólo
ligeros cambios en las propiedades sensoriales, nutricionales y funcionales de los productos
alimenticios, en comparación con aquellos ocasionados por las tecnologías convencionales.
Desafortunadamente, las esporas bacterianas son muy resistentes a la alta presión que se
aplica actualmente en condiciones industriales. Para superar este problema, se planteó la
combinación de la alta presión con otras tecnologías de proceso. A este respecto, el
procesado de alta presión en combinación con temperatura ha demostrado ser la alternativa
más eficaz para inactivar las endosporas bacterianas. Se abre, por tanto, una importante vía
de desarrollo de nuevos productos esterilizados mediante la aplicación de esta tecnología.
Las altas presiones pueden representar también una ventaja importante para acceder a
nuevos mercados, altamente exigentes en calidad y en seguridad alimentaria. Por ejemplo, la
exportación de jamón curado español o de embutidos crudos curados es ya una realidad
que tiene un elevado impacto económico debido a su efecto de “pasteurización en frio”, el
único proceso tecnológico de higienización post-envasado disponible en la actualidad que
es aceptado por el consumidor y en el que las empresas cárnicas españolas han sido
pioneras en su aplicación.
Otro ejemplo a destacar de tecnología estudiada lo constituye la de altas frecuencias. Así
por ejemplo, en este caso, la sustitución del tratamiento térmico de escaldado de productos
vegetales por un tratamiento por microondas ha concluido con la obtención de resultados
prometedores, pues se ha superado la calidad de los productos vegetales procesados de
forma convencional. También, la tecnología de fluidos supercríticos ha mostrado sus
posibilidades tecnológicas para conseguir productos alimentarios a través de procesos
seguros y eficientes.
El lector tiene a su disposición a lo largo de este Informe Publicable otros muchos casos de
resultados interesantes y novedosos, que espero sean de utilidad y sirvan de estímulo a la
innovación en el sector alimentario.
Consideramos que la consecución de los objetivos del proyecto representa que las
empresas participantes adquieran una ventaja competitiva que las sitúa en la vanguardia de
la introducción de nuevas tecnologías y procesos en la industria agroalimentaria y
esperamos que ello sirva de aliciente para la implantación de estrategias de I+D en otras
empresas del sector alimentario español.
1
. Barrufet, Casademont, Cervezas San Miguel, Conservas Azagresa, COVAP, Danone, Innoducky,
Eroski, Exxentia, Fundació Alícia, Grupo Amcor Flexibles, N.C. Hyperbaric, Llet Nostra,
Metalquimia, Nanobiomatters, Noel Alimentaria, Laboratorios Ordesa, Pita Hermanos, Sealed Air,
Soria Natural, Tecnolat, Ulma Packaging y Ultracongelados Virto.
13 2
. Centros tecnológicos (AZTI y GAIKER del País Vasco, el CNTA-Laboratorio del Ebro de
Navarra, ANFACO-CECOPESCA de Galicia, AINIA de Valencia, el CENTA de Cataluña, el
ITCL de Castilla y León); universidades (de Burgos y de Santiago de Compostela) e institutos de
investigación y desarrollo (el IRTA de Cataluña, el IATA-CSIC de Valencia y el Instituto del FríoCSIC de Madrid).
Dr. Jacint Arnau Arboix
Director científico del proyecto CENIT-FUTURAL
14 4. RESUMEN EJECUTIVO
4.1. INTRODUCCIÓN
En el 2006, año anterior al inicio de este proyecto, la industria alimentaria española
ocupaba en ventas el quinto puesto en la UE (un 10,3%), por detrás de Alemania (20,2%),
Francia (18,2%), Inglaterra (16,5%) e Italia (10,7%). La elevada atomización y la falta de
tradición innovadora en esta industria requería un claro impulso para mantener su
competitividad. Según el documento 26 de vigilancia tecnológica publicado por la
Fundación OPTI en el 2006, a nivel mundial en el sector alimentario se habían publicado
29 patentes, 14 de las cuales fueron publicadas por empresas de la UE, pero ninguna de
ellas era española. El Programa CENIT, enmarcado bajo la iniciativa Ingenio 2010 del
Gobierno de España, estimuló a las 23 empresas alimentarias participantes a aumentar la
cooperación con organismos públicos de investigación, universidades, centros
tecnológicos, etc. y a invertir un total de 21 millones de euros en recursos en I+D+i, de los
cuales un 44,9 % fueron retornados en forma de subvención por el CDTI.
La industria alimentaria española en general y las empresas participantes en el proyecto en
particular, se enfrentaban al reto de aumentar su competitividad produciendo productos
alimentarios transformados/procesados de calidad a través de la innovación, para poder
así adaptarse a las nuevas demandas de consumo. Estas nuevas demandas se pueden
englobar en cinco grandes ejes: la comodidad, la palatabilidad, la seguridad alimentaria, la
salubridad y la regularidad. De estos cinco ejes, tres, comodidad, seguridad alimentaria y
salubridad, constituyeron el objetivo genérico del proyecto y dieron título al mismo
“Contribución de las nuevas tecnologías en la obtención de futuros alimentos. También
documentado como FUTUros ALimentos: más seguros, más nutritivos, más convenientes,
más inteligentes” (Acrónimo: FUTURAL).
Josep Maria Monfort (2006) justificaba así el objetivo genérico del proyecto basado en la
comodidad, seguridad alimentaria y salubridad:
• Comodidad: La comodidad en los alimentos es todo aquello que hace que la
elección de un producto permita llevar a cabo la multiplicidad de actividades del día y, a la
vez, incrementar el tiempo para el disfrute (Haselgrove, 2006). La adaptación de las
demandas a través de los denominados alimentos de comodidad (convenience foods) requiere
en la mayoría de los casos del empleo de nuevas tecnologías de procesado y/o
conservación, como por ejemplo, el envasado activo e inteligente, pasteurización no
térmica por alta presión hidrostática (HPP), pasteurización térmica por microondas o por
radiofrecuencias, etc.).
• Seguridad alimentaria: La industria alimentaria, a demás de producir alimentos
tradicionales, orienta sus actividades de acuerdo con la demanda de los consumidores, las
rigurosas exigencias higiénicas impuestas por las autoridades sanitarias y las necesidades
nutricionales de la población, tanto de carácter general (alimentos saludables) como para
colectivos sensibles (hipertensos, ancianos, immunodeprimidos, obesos, diabéticos, etc.).
15 Esta evolución de la industria para adaptarse a los hábitos de consumo del siglo XXI, ha
dado lugar, por una parte, a nuevos problemas, algunos de gran importancia que es
necesario atajar, y por otra, a la necesidad de estudiar las consecuencias que pueden
conllevar algunos de los cambios que se han introducido en la elaboración industrial de
nuevos productos. En ocasiones, por ejemplo, éstas son tan agresivas que producen
cambios en sus propiedades sensoriales que causan rechazo del producto por parte del
consumidor. Existen tecnologías emergentes (altas presiones isostáticas, radiofrecuencias,
etc.) que higienizan los alimentos, minimizando los cambios en sus propiedades sensoriales
y nutricionales, y, a su vez, proporcionan una vida útil adecuada para el uso que se espera
de ellos. Existen otro tipo de tecnologías, como los fluidos supercríticos (FSC), que
permiten la obtención de ingredientes alimentarios de forma saludable y que además son
respetuosas con el medio ambiente, ya que constituyen una alternativa al uso de disolventes
orgánicos como técnica de extracción (separación de sustancias integrantes de una mezcla).
En este punto, cabe también mencionar que las áreas de investigación de mayor auge en
todo el mundo se centran en el desarrollo de nuevos materiales de envase destinados a la
conservación de alimentos, no solamente en lo que concierne a la seguridad alimentaria,
sino también a la conservación de la calidad del alimento a lo largo de su vida útil. Los
materiales activos están diseñados para incorporar, de forma intencionada, componentes
que liberan sustancias en el alimento envasado. En envases es donde los materiales barrera
activos tienen mayor demanda ya que en el momento del envasado los alimentos presentan
condiciones sensoriales óptimas (sabor, olor y apariencia visual) y también de calidad
microbiológica que deben mantener hasta el momento de su consumo.
• Salubridad: Los aspectos relacionados con la salud y la nutrición humana
constituyen uno de los ejes fundamentales que explican los cambios en la actitud de los
consumidores. Según la Sociedad Española de Nutrición Comunitaria (SENC) y HERO
Nutrición, 2006, la obesidad infantil pasó en los países ricos del 5% al 15% en apenas dos
décadas. El incremento de la obesidad infantil fue el detonante para la creación de la
Estrategia Naos en el año 2005, estrategia consensuada entre la Administración del Estado
en su día a través de los Ministerios de Sanidad y Consumo, Industria y Educación y
Ciencia, la Agencia Española de Seguridad Alimentaria y Nutrición (AESAN), la
Federación de Industrias, Alimentos y Bebidas (FIAB) y grandes empresas. En este
contexto, se hace del todo necesaria la aplicación de tecnologías de proceso o el desarrollo
de nuevas para poder afrontar con éxito la reformulación de muchos alimentos en base a,
por ejemplo, la reducción sodio sin comprometer los aspectos de seguridad alimentaria.
4.2. ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO
Para lograr una coordinación eficiente del consorcio los Organismos de Investigación
participantes, actuaron como Coordinadores Científicos de las actividades, las cuales se
subdividieron en tareas lideradas por una empresa que trabajó conjuntamente con los
organismos de investigación subcontratados y los coordinadores científicos (Tablas 4.2.1 y
4.2.2).
16 Tabla 4.2.1. Coordinación científica de las líneas de investigación del Consorcio.
ACTIVIDADES
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
COORDINACIÓN
CIENTÍFICA
Actividad 1
Esterilización por alta presión de
conservas vegetales, de pescado y
marisco.
Actividad 2
Pasteurización por alta presión.
Combinación con otras técnicas de
conservación.
Actividad 3
Pasteurización de alimentos líquidos por
altas presiones, o en combinación con las
altas presiones.
IRTA
Actividad 4
Sustitución del tratamiento térmico
convencional (transferencia de calor) por
el de altas frecuencias (radiofrecuencias y
microondas).
IRTA
Actividad 5
Desarrollo de nuevos sistemas de
envasado.
Actividad 6
Nuevas aplicaciones de fluidos
supercríticos en la industria alimentaria.
17 CNTA
CENTA
GAIKER
AINIA
Tabla 4.2.2. Distribución de las empresas participantes y de los organismos de investigación en función de las actividades.
ACTIVIDADES
1
2
3
4
5
6
ORGANISMOS DE
INVESTIGACIÓN
EMPRESAS
Conservas Cuca, S.A. (antes Pita
Hermanos, S.A.)
Grupo Riberebro
Nchyperbaric, S.A.
Barrufet, S.A.
Sealed Air, S.L.
Innoducky, S.L.
Coop. Ganadera Valle de los Pedroches
Metalquimia, S.A.
Casademont, S.A.
Fundació Alícia
Danone, S.A.
Laboratorios Ordesa, S.L.
Llet de Catalunya, S.L.
Tecnología y Calidad Láctea, S.L
Fundació Alícia
Ultracongelados Virto, S.A.
Noel Alimentaria, S.A.U.
Sealed Air, S.L.
Danone, S.A.
Grupo Riberebro
Fundació Alícia
Grupo Mahou- San Miguel
Amcor Flexibles Hispania, S.L.
Nanobiomatters, S.L.
Eroski, S. Coop.
Coop. Ganadera Valle de los Pedroches
Ulma Packaging
Biosearchlife, S.A.
Soria Natural, S.A.
ANFACO-CECOPESCA
CNTA
IRTA, UBU e ITCL
IRTA y CENTA
IRTA
IRTA
IRTA
IRTA
IRTA
IRTA
IRTA
IRTA, CENTA e IF/IFI-CSIC
AZTI-TECNALIA
AZTI-TECNALIA
IRTA
CNTA e IRTA
IRTA
IRTA
IRTA
CNTA e IRTA
IRTA
GAIKER e USC
GAIKER
IATA-CSIC
GAIKER e USC
GAIKER e USC
GAIKER, AINIA e USC
AINIA
AINIA
A su vez, se crearon dos Comités de Coordinación del Proyecto:
•
•
Comité de Coordinación General: Presidido por el Presidente de Alimentación y
Salud del Futuro, el Sr. D. Félix Parellada; el Director Científico, el Dr. Jacint Arnau
de IRTA; la Coordinación técnica del Proyecto, la Sra. Mireia Molins y la Sra. Anna
Masdeu de IRTA; y la Oficina del proyecto, el Sr. Óscar Navós y el Sr. Josep Maria
Ráfols de Deloitte.
Comité de Coordinación Científica: Dirigido por el Director Científico, el Dr.
Jacint Arnau de IRTA y formado por los Coordinadores Científicos de cada
Actividad:
18 Actividad 1: Dra. Silvia Garcia del CNTA-Laboratorio del Ebro.
Actividad 2: Sr. Narcís Grèbol del CENTA.
Actividad 3: Dr. Xavier Felipe del IRTA.
Actividad 4: Dr. Pierre Picouet del IRTA.
Actividad 5: Sra. Inmaculada Angulo de GAIKER.
Actividad 6: Dr. Miguel Blasco de AINIA.
Las funciones del Comité de Coordinación General consistieron en:
-
Aprobar los Planes de Trabajo de las anualidades correspondientes (20072010).
Dirigir las reuniones ordinarias trimestrales.
Evaluar las cuestiones relacionadas con el presupuesto y las tareas técnicas del
proyecto.
Dirigir las reuniones anuales con todos los miembros participantes en el
proyecto.
Aprobar el Plan de Difusión del conocimiento y los resultados obtenidos a lo
largo del proyecto, elaborado por el Comité de Coordinación Técnica.
Aprobar la Memoria técnica y económica justificativa anual y final, elaboradas
por la Coordinación técnica y la Oficina de proyecto, respectivamente.
Velar por el buen funcionamiento del proyecto siguiendo las normas de los
proyectos CENIT.
Distribuir la ayuda concedida entre los miembros del Consorcio.
Aprobar la estructuración y re-estructuración de las Actividades realizada por el
Comité de Coordinación Científica.
Las funciones de la coordinación técnica realizadas por IRTA fueron:
-
Realizar la Gestión General del Proyecto (de las áreas de impacto socioeconómico del Proyecto, visibilidad y comunicación).
-
Elaborar, junto con el Comité de Coordinación General el Plan de trabajo.
-
Recopilar cuantos informes técnicos se indiquen en las normas del Programa
CENIT manteniendo los formatos y tiempos de entrega propuestos por el
CDTI.
-
Realizar las acciones oportunas para agilizar la gestión del proceso de
seguimiento, así como realizar propuestas al Comité de Coordinación General
y al Comité de Coordinación Técnica sobre la gestión general del Proyecto.
-
Gestión de los participantes (personal de las empresas que figuran en el
Consorcio, así como los diferentes organismos de investigación).
-
Calcular el tiempo de producción de cada uno de los documentos necesarios
para la correcta ejecución del Proyecto y del desarrollo de cada una de las
actividades del mismo.
19 -
Verificar las tareas desarrolladas por los miembros del Consorcio y del tiempo
de elaboración de las mismas para la correcta gestión del tiempo, con el fin de
evitar posibles desviaciones temporales.
-
Efectuar una comparación continua entre la planificación y el estado de
desarrollo de las Actividades del Proyecto.
-
Dar soporte al Comité de Coordinación Científica.
-
Gestionar la agenda de los eventos realizado por los miembros del Consorcio y
de los vencimientos de las anualidades.
-
Preparar y organizar las reuniones ordinarias trimestrales con los miembros del
Comité de Coordinación General, redactar actas, ejecutar las decisiones
acordadas por el Comité y enviar la información a los miembros del Consorcio
y al CDTI.
-
Preparar y organizar reuniones anuales con todos los miembros participantes.
-
Preparar y organizar reuniones anuales del Comité de Coordinación Científica,
redactar actas, ejecutar las decisiones acordadas por el Comité y enviar la
información a los miembros del Consorcio y al CDTI.
-
Organizar y archivar los documentos generados en el transcurso del Proyecto
durante el período de duración del mismo.
-
Gestionar las versiones y revisiones de los documentos generados en el
transcurso del Proyecto.
-
Gestionar las comunicaciones internas entre los miembros del Consorcio y las
externas con el resto de participantes, como Centros públicos de investigación.
-
Definir las acciones a elaborar para cada tarea relacionada con la gestión
económico-administrativa del Proyecto (aplicación, plantillas, etc.).
-
Informar al Comité de Coordinación General de las incidencias detectadas y
otras cuestiones, tanto administrativas como legales, vinculadas al Proyecto
(p.e. modificaciones en el Acuerdo de Consorcio, cambios y modificaciones
presupuestarias, etc.).
-
Mantener una comunicación continuada con el Comité de Coordinación
General, el Comité de Coordinación Técnica y con el CDTI.
La consultora Deloitte actuó como Oficina de Proyecto, órgano de soporte administrativo
y legal cuyas funciones se describen a continuación:
-
Realizar las tareas de seguimiento y control del gasto realizado por cada uno de
los integrantes del Consorcio.
-
La tramitación de las justificaciones económicas y de sus respectivos informes
de auditoría.
-
Recopilar los informes económicos y de otra naturaleza de la Partes para su
envío al CDTI.
20 -
Preparar, con el apoyo de los miembros del Comité de Coordinación General
los informes y documentos requeridos por el CDTI.
-
Asegurar la diligencia en el envío de los datos identificados como entregables
en el Contrato o requeridos por el CDTI para su revisión o auditoria,
incluyendo los resultados de las auditorias financieras preparadas por auditores
independientes.
-
Preparar y asistir a las reuniones del Comité de Coordinación General y la
Asamblea Plenaria.
-
Dar soporte al Presidente de la Asamblea Plenaria en la dirección de las Juntas.
-
Asesorar a las Partes a fin de que determinen un auditor para que puedan
obtener el Informe de Gastos.
-
Dar soporte al Project Manager.
-
Dar soporte legal al Consorcio y a las Partes en relación a sus derechos y
obligaciones del presente acuerdo.
-
Asesorar en las incidencias y otras cuestiones, tanto administrativas como
legales, vinculadas al Proyecto (p.e. modificaciones en el acuerdo de Consorcio,
cambios y modificaciones presupuestarias, etc.).
A destacar las siguientes Actividades organizadas por el Comité de Coordinación General:
–
–
–
–
–
–
–
–
11 reuniones del Comité a lo largo del proyecto. Todas las reuniones constaron
en acta y se enviaron a todo el Consorcio para el seguimiento de las mismas.
Creación de la página web del proyecto en la anualidad 2008
www.cenitfutural.org que estará activa hasta el mes de diciembre del 2012.
Envío de 4 newsletters a los miembros del Consorcio con información
seleccionada de interés para los participantes en el proyecto, como por
ejemplo, información de convocatorias de ayudas públicas.
Organización de 4 Asambleas Generales en 4 ubicaciones distintas y repartidas
por el territorio nacional, con el objetivo de mantener el contacto constante
entre los participantes y un conocimiento de los resultados y Actividades en las
que participaban cada uno de ellos.
Se realizaron 4 reuniones con la Técnico Responsable de Seguimiento del
Proyecto (TRSP) del CDTI asignada para este proyecto, la Sra. Marta de
Diego.
Se visitaron 21 empresas y 8 organismos de investigación.
Se organizaron sesiones dinámicas de grupo con los participantes del proyecto.
Se realizó un Workshop sobre nuevas tecnologías alimentarias: Altas presiones
y Radiofrecuencias y una Jornada de Envases.
Puesto que uno de los objetivos de las ayudas del Programa CENIT era el de extender la
cultura de cooperación en I+D entre todos los agentes del sistema ciencia-tecnologíaempresa, se creó un Comité de Coordinación Científica, cuya función fue coordinar y
21 gestionar las cuestiones tecnológicas y científicas de las entidades participantes en el
proyecto (empresas, organismos públicos de investigación, centros tecnológicos,
universidades, etc.).
De las funciones del Comité de Coordinación Técnica se destacan las siguientes:
-
Gestionar las cuestiones tecnológico-científicas que surgieron durante el
Proyecto.
Gestionar las actividades de investigación, desarrollo e innovación (I+D+i),
formación y gestión del proyecto.
Dirigir las reuniones anuales con los miembros del Comité de Coordinación
Técnica.
Realizar el seguimiento y evaluación de las tareas técnicas realizadas por todo el
Consorcio.
4.3. OBJETIVOS GENERALES DEL PROYECTO
Los objetivos generales del proyecto CENIT Futural fueron:
•
•
Promover la cooperación entre empresas y organismos públicos de investigación
trabajando conjuntamente a lo largo de los cuatro años investigando y
desarrollando nuevos procesos, aplicaciones, productos, etc.
Estudiar la contribución de las nuevas tecnologías para obtener los alimentos del
futuro, es decir, sentar las bases para la aplicación de nuevas tecnologías para la
elaboración de alimentos, como las altas presiones, las radiofrecuencias, las
microondas, etc., adaptándolos a las nuevas necesidades de consumo.
4.4. OBJETIVOS POR ACTIVIDAD
Vistos los objetivos del proyecto, a continuación se detallan los objetivos para cada una de
las Actividades.
Actividad 1: Esterilización por alta presión de conservas vegetales, de pescado y
marisco.
El objetivo de la Actividad 1 fue el estudio de la tecnología de procesado por alta presión
como alternativa a la esterilización térmica tradicional de productos vegetales, de la pesca y
del marisqueo. En esta Actividad participaron dos empresas:
•
•
Conservas Cuca, S.A. (antes Pita Hermanos, S.A.) con el organismo de
investigación ANFACO-CECOPESCA.
Grupo Riberebro con el organismo de investigación CNTA-Laboratorio del Ebro.
Los objetivos específicos fueron:
–
Reunir información disponible en bibliografía científica sobre la aplicación de
altas presiones en alimentos modelo.
22 –
–
–
Conocer los cambios en la composición físico-química, atributos sensoriales y
la microbiología de los alimentos modelo sometidos al tratamiento de
pasteurización y esterilización por altas presiones.
Optimizar la combinación de acondicionamiento-pretratamiento por altas
presiones para los alimentos modelo seleccionados, para conseguir su
conservación óptima a temperatura ambiente y en refrigeración.
Evaluar los aspectos característicos y el valor añadido del nuevo método de
procesado, comparándolo con los procesos tradicionales, teniendo en cuenta
los siguientes aspectos:
o Aumento de vida útil
o Posibilidad de diseño de nuevos productos
o Conservación de las propiedades nutricionales y sensoriales
Actividad 2: Pasteurización por alta presión. Combinación de la alta presión con
otras técnicas de conservación.
El principal objetivo de esta Actividad fue el estudio de la aplicación industrial de la
tecnología de las Altas Presiones y de su asociación con otras nuevas tecnologías, para
obtener alimentos más seguros, más saludables y más convenientes. En esta Actividad
participaron ocho empresas:
•
•
•
•
•
•
•
•
N.C.Hyperbaric, S.A.
Barrufet, S.A.
Sealed Air, S.L.
Innoducky, S.L.
Coop. Ganadera del Valle de los Pedroches (COVAP)
Metalquimia, S.A.
Casademont, S.A.
Fundació Alícia
Se fijaron objetivos más específicos asociados a las distintas tareas englobadas dentro de la
Actividad, y que pueden agruparse en tres:
–
–
–
Diseñar equipos industriales de altas presiones más fiables y de mayor
capacidad de producción, optimizando costes de inversión y mantenimiento, y
explorando nuevos procesos.
Desarrollar aplicaciones industriales de las altas presiones que permitieran
elaborar nuevos productos, investigar nuevos conceptos, optimizar la seguridad
alimentaria, extender la vida comercial y mejorar la percepción sensorial en el
momento del consumo.
Estudiar la combinación del uso de la tecnología de las altas presiones con
otras tecnologías, tales como tratamientos térmicos tradicionales o tecnologías
de secado ultra-rápido (QDS, Quick Dry Slice Process).
23 Actividad 3: Pasteurización de alimentos líquidos por altas presiones, o en
combinación con las altas presiones.
El principal objetivo de esta Actividad fue el estudio del efecto de las tecnologías
emergentes (principalmente altas presiones hidrostáticas), en diferentes alimentos líquidos,
principalmente derivados de la leche. En esta Actividad participaron cinco empresas:
•
•
•
•
•
Danone, S.A.
Laboratorios Ordesa, S.L.
Llet de Catalunya, S.L.
Tecnología y Calidad Láctea, S.L.
Fundació Alícia
Se fijaron objetivos más específicos asociados a las distintas tareas, que se detallan a
continuación:
−
−
−
−
Estudiar las condiciones de presurización isostática y/o de tratamiento térmico
para la estabilización de la flora probiótica de leches fermentadas.
Estudiar la combinación de nuevas tecnologías (alta presión con
radiofrecuencia y/o pulsos eléctricos) para la obtención de nuevas fracciones
proteicas de la leche.
Pasteurizar la leche, preparados lácteos y preparados de frutas a baja
temperatura mediante tecnologías alternativas al proceso UHT.
Obtener alimentos líquidos, viscosos o pastosos saludables y apetitosos a
través de un procesado alimentario mínimo.
Actividad 4: Sustitución del tratamiento térmico convencional (transferencia de
calor) por el de altas frecuencias (transferencia de calor interna).
El objetivo de la Actividad 4 fue el estudio de la tecnología de altas frecuencias como
alternativa a los tratamientos térmicos convencionales de productos alimentarios así como
el efecto que ocasionan estos tratamientos en los envases que los contienen. En esta
Actividad participaron seis empresas:
•
•
•
•
•
•
Ultracongelados Virto, S.A.
Noel Alimentaria, S.A.U.
Danone, S.A.
Sealed Air, S.L.
Fundació Alícia
Grupo Riberebro (esta empresa se añadió a esta Actividad en la última anualidad
del proyecto, en el 2010).
Los objetivos específicos fueron:
−
Higienización y estabilización sustituyendo el tratamiento térmico aplicado en
el escaldado tradicional por altas frecuencias en matrices vegetales que
24 −
−
−
−
posteriormente serán sometidos a congelación y/o eventualmente a
esterilización.
Pasteurización por altas frecuencias en platos preparados en substitución del
tratamiento convencional.
Investigar el uso de una frecuencia alternativa para inactivar microorganismos
en productos lácteos.
Estudiar el efecto de los procesos térmicos por altas frecuencias (microondas,
radiofrecuencias y ultrasonidos) sobre el valor nutricional, textura y
conservación de preparaciones culinarias.
Definir los envases y su condición de uso en los tratamientos por altas
frecuencias.
Actividad 5: Desarrollo de nuevos sistemas de envasado activo.
El objetivo de esta Actividad fue el desarrollo de nuevos sistemas de envasado activo
(polifenoles y nanopartículas fibrilares) con la finalidad de aportar a la industria alimentaria
las siguientes ventajas:
ƒ
ƒ
ƒ
Incrementar la calidad y la vida útil y/o comercial de alimentos envasados.
Reducir el contenido de aditivos conservantes en los alimentos envasados.
Garantizar la seguridad alimentaria de los alimentos mínimamente procesados y
envasados.
En esta Actividad participaron seis empresas:
•
•
•
•
•
•
Grupo Mahou-San Miguel
Nanobiomatters, S.L.
Amcor Flexibles Hispania, S.L.
Eroski Soc. Coop.
Coop. Ganadera del Valle de los Pedroches (COVAP)
Ulma packaging
Los objetivos específicos fueron:
−
−
Aprovechar una corriente residual de la industria cervecera para obtener un
extracto de naturaleza polifenólica con elevada capacidad antioxidante y
antimicrobiana.
Desarrollar nanoaditivos activos (y masterbatches1) basados en arcillas laminares y
tubulares con capacidad de incrementar la barrera pasiva de los materiales
plásticos convencionales y con capacidad de liberación controlada de
componentes antimicrobianos basado en extractos y componentes naturales.
1
Masterbatches: Palabra inglesa que define una pequeña cantidad de una sustancia altamente concentrada que se añade a grandes
cantidades de un compuesto estándar con el fin de producir un resultado deseado.
25 −
−
−
−
Incorporar agentes activos en envases. Dichas sustancias activas
interaccionarán favorablemente con el alimento envasado conservando sus
características sensoriales.
Diseñar e implantar un sistema de fabricación industrial que permita
incorporar los agentes activos en los materiales de envase para su
comercialización.
Evaluar el efecto de estos materiales de envase en el grado de oxidación y
contaminación microbiana en productos cárnicos (porcino y vacuno).
Desarrollar una máquina de envasado higienizable adaptada a los nuevos
sistemas de envasado activo desarrollados.
Actividad 6: Nuevas aplicaciones de fluidos supercríticos en la industria
alimentaria.
El objetivo de la Actividad 6 fue el desarrollo de procesos basados en la aplicación de CO2
a presión para la obtención de ingredientes alimentarios de valor añadido mediante el
seguimiento de la influencia de las variables principales del proceso sobre el rendimiento y
la calidad de los productos, antes y después del tratamiento, así como los posibles efectos
sinérgicos entre las variables anteriores y las características de cada matriz seleccionada
como objeto de estudio. En esta Actividad participaron dos empresas:
•
•
Biosearchlife, S.A (antes Puleva Biotech, S.A) con el centro tecnológico AINIA.
Soria Natural, S.A con el centro tecnológico AINIA.
Los objetivos específicos fueron:
−
−
Definir un proceso de reducción de la carga microbiológica en ingredientes
sólidos en polvo, basado en la aplicación de CO2 a presión, previa evaluación
del papel de las variables del proceso.
Evaluar el papel de las variables de proceso así como los efectos sinérgicos de
la presencia de componentes mayoritarios sobre la calidad y el rendimiento de
la extracción supercrítica con el fin de definir un proceso de extracción
supercrítico especialmente adaptado para la obtención de sustancias objetivo.
26 5. RESULTADOS POR ACTIVIDAD Y TAREA
5.1. ACTIVIDAD 1. ESTERILIZACIÓN POR ALTA PRESIÓN DE
CONSERVAS VEGETALES, DE PESCADO Y MARISCO.
5.1.1. Tarea 1.1. Optimización de tratamientos por altas presiones isostáticas
en alimentos-modelo con pescados y mariscos como componentes
principales (Conservas Cuca, S.A – ANFACO-CECOPESCA e IRTA).
Objetivos: El objetivo general de esta tarea fue estudiar la aplicación de la alta presión
isostática en productos de la pesca y comparar los resultados con aquellos obtenidos
mediante los tratamientos de conservación convencionales (esterilización térmica). Se
plantearon los siguientes objetivos parciales agrupados en varias subtareas:
1.
Recopilación y estudio de información de interés.
Se pretendía obtener información relativa a los fundamentos científico-técnicos de las
técnicas de conservación basadas en la aplicación de altas presiones, así como de las
condiciones de aplicación de altas presiones en procesos de pasteurización aplicados a
productos de diferente naturaleza ya existentes en el mercado. Esta información se
complementó con el estudio de los diferentes equipos disponibles en el mercado para el
tratamiento de esterilización por altas presiones en diferentes productos alimentarios y la
valoración de las ventajas e inconvenientes de la utilización de cada uno de ellos en el
tratamiento por altas presiones en productos de la pesca y el marisqueo.
2.
Aplicación de la esterilización y pasteurización con altas presiones en los productos de
la pesca y marisqueo existentes, habituales en otras presentaciones y sometidos a
diferentes tratamientos.
El objetivo de esta subtarea fue optimizar los tratamientos de pasteurización y esterilización
por altas presiones en alimentos con base de pescado y marisco habituales en otras
presentaciones. Para ello, se realizó en primer lugar una selección de los productos de la
pesca y el marisqueo sobre los que se realizó el estudio y, posteriormente, se sometieron a
diferentes tratamientos de altas presiones para lograr definir las condiciones óptimas de
trabajo. Tras la optimización de todas las condiciones de tratamiento por altas presiones, se
realizó la comparación de los productos resultado de este tratamiento con los productos
tratados mediante métodos térmicos convencionales de esterilización y pasteurización.
3.
Caracterización analítica.
Se determinó el efecto de los tratamientos de altas presiones sobre alimentos con base de
pescado y marisco en comparación con los métodos térmicos tradicionales de esterilización
y pasteurización. También se evaluó la evolución de las características sensoriales, físicoquímicas, nutricionales y microbiológicas de los productos con base de pescado y marisco,
comparándose estos datos con los correspondientes a los tratamientos térmicos
convencionales. Además, se realizaron estudios para determinar la vida útil de los
27 productos tratados por altas presiones para establecer el periodo en el cual estos alimentos
son aptos para su consumo.
4.
Aplicación de esterilización y pasteurización con altas presiones sobre nuevos
productos y/o preparaciones desarrollados en la planta de elaboración con base de
pescado y marisco.
El objetivo de esta subtarea fue desarrollar nuevas preparaciones a base de pescado y
marisco empleando las técnicas de conservación basadas en la aplicación de altas presiones.
Esta subtarea no se llevó a cabo en el marco de este proyecto porque se consideró
necesario ampliar el estudio sobre la aplicación de altas presiones sobre productos
tradicionales de la pesca y el marisqueo (subtarea 2).
5.
Caracterización analítica de los nuevos productos sometidos a los citados tratamientos.
El objetivo de esta subtarea fue conocer los cambios en la composición físico-química,
parámetros organolépticos y microbiológicos sobre el pescado, así como de otras
preparaciones de marisco, sometidos al tratamiento de pasteurización y esterilización con
altas presiones.
Al igual que en el apartado anterior (subtarea 4), esta tarea no se llevó a cabo porque se
consideró necesario ampliar el estudio sobre la aplicación de altas presiones sobre
productos tradicionales de la pesca y el marisqueo (subtarea 2).
6.
Elaboración de las conclusiones y valoraciones finales.
El objetivo de esta tarea fue valorar los aspectos característicos de la aplicación de las altas
presiones en los productos de la pesca y el marisqueo seleccionados para este estudio. A
partir de los resultados obtenidos en la caracterización analítica de los productos tratados
por altas presiones, se valoró el efecto de las altas presiones en las características
nutricionales, físico-químicas, microbiológicas y organolépticas. Además, también se
determinó el efecto de las altas presiones en la vida útil de los productos tratados con esta
técnica.
Resumen ejecutivo: Para la realización de los estudios de aplicación de altas presiones en
productos procedentes de la pesca y el marisqueo, se procedió a la elección de los
productos a estudiar en función de los siguientes criterios:
•
Berberecho (Marisco): Posee un elevado valor comercial y es muy apreciado por el
consumidor por sus cualidades organolépticas.
•
Atún claro (Pescado): Es la especie más ampliamente extendida en el mercado de
los pescados procesados.
Las pruebas que se realizaron se describen a continuación:
•
Berberechos al natural:
–
Apertura de berberechos mediante el método habitual en industria (al vapor o
cocidos en agua) frente a la apertura por aplicación de altas presiones.
28 –
Ensayos con diferentes tipos de envasado:
o
o
•
Barqueta al vacío tipo skin con berberechos en media concha.
Bolsas selladas térmicamente con berberecho en salmuera. Finalmente
se seleccionó este envasado por ser más interesante a nivel comercial.
–
Ensayos con distintos tratamientos de
600MPa/5min/7ºC y 600MPa/10 min/7ºC.
–
Ensayos con diferentes tratamientos de esterilización/pasteurización térmica
convencional: 100ºC/10 min y 100ºC/30 min.
altas
presiones:
ciclo
de
Atún en salsa de tomate (envasado en barqueta al vacío tipo skin).
–
Ensayos iniciales con distintas salsas (tomate y queso) para determinar la
composición óptima de la misma frente a un tratamiento de altas presiones.
Finalmente se escogió la salsa de tomate por ser la que presentó mejor
estabilidad frente a los distintos tratamientos.
–
Ensayos con atún crudo y atún cocido: Se seleccionó el atún cocido por
presentar mejores resultados a nivel organoléptico.
–
Ensayos con distintos tratamientos de altas presiones: ciclo de 600MPa/5
min/7ºC y 600MPa/10 min/7ºC.
–
Ensayos con diferentes tratamientos de esterilización/pasteurización térmica
convencional: 100ºC/10 min, 100ºC/30 min., 90ºC/10 min y 90ºC/5 min.
–
Esterilización térmica industrial (tratamiento de conservación térmica
convencional): 110ºC/105 min. y 110ºC / 75 min.
En ambos casos (berberechos y atún en salsa de tomate) se realizaron unas pruebas
preliminares en las instalaciones del IRTA-CENTA para seleccionar el envase más
adecuado para cada tipo de tratamiento y producto.
Una vez obtenidos los productos se realizó su caracterización en las instalaciones de
ANFACO-CECOPESCA:
•
Evaluación de los distintos parámetros nutricionales.
•
Estudio de propiedades organolépticas (color, olor, sabor, etc.) y reológicas
(textura).
•
Estudio de características microbiológicas (enterobacterias, coliformes totales,
microorganismos aerobios mesófilos, Escherichia coli, Staphilococcus aureus, Salmonella,
Listeria, psicrófilos).
•
Estudio de vida útil (análisis organoléptico y microbiológico).
A partir de los resultados obtenidos, se determinó cuál fue el efecto de los tratamientos de
altas presiones sobre alimentos con base de pescado y marisco en comparación con los
métodos térmicos tradicionales de esterilización y pasteurización. Para ello, se realizó la
29 caracterización de los productos inmediatamente después de su tratamiento a nivel
nutricional, organoléptico, microbiológico y físico-químico.
También se evaluó la evolución de las características organolépticas y microbiológicas de
los productos con base de pescado y marisco a lo largo de su vida útil, comparándose estos
datos con los correspondientes a los tratamientos térmicos tradicionales
Finalmente, a partir de los resultados obtenidos se diseñó un tratamiento de altas presiones
idóneo para preservar la calidad organoléptica de los productos tratados (en este caso,
berberechos y filete de atún en salsa de tomate) así como para que éstos se mantengan de
forma adecuada durante el periodo de vida útil del alimento.
Resultados: A continuación se detallan los resultados obtenidos en ambos productos.
Preparación de las muestras
•
•
Atún claro en salsa de tomate: Se trataron las siguientes muestras con “Atún claro
en salsa de tomate”:
–
Muestra 1 (HPP5): Barqueta plástica termosellada al vacío con film con
tratamiento 600MPa/5 min/7ºC.
–
Muestra 2 (HPP10): Barqueta plástica termosellada al vacío con film con
tratamiento 600MPa/10 min/7ºC.
–
Muestra 3 (Tratamiento 5 min.): Barqueta plástica termosellada al vacío con film
con tratamiento térmico 110ºC / 5 min.
–
Muestra 4 (Tratamiento 10 min.): Barqueta plástica termosellada al vacío con film
con tratamiento térmico 110ºC / 10 min.
–
Muestra 5 (Conserva): Envase de hojalata con tratamiento térmico 110ºC, 105
min.
Berberechos al Natural: Se realizaron las siguientes muestras con “Berberechos al
Natural”:
–
Muestra 1 (HPP5): Bolsa plástica termosellada al vacío con tratamiento
600MPa/5 min/7ºC.
–
Muestra 2 (HPP10): Bolsa plástica termosellada al vacío con tratamiento
600MPa/10 min/7ºC.
–
Muestra 3 (Tratamiento 5 min.): Bolsa plástica termosellada al vacío con
tratamiento térmico 110ºC / 5 min.
–
Muestra 4 (Tratamiento 10 min.): Bolsa plástica termosellada al vacío con
tratamiento térmico 110ºC / 10 min.
–
Muestra 5 (Conserva): Envase de hojalata con tratamiento térmico 110ºC, 105
min.
30 Las muestras se conservaron en condiciones de refrigeración (0-4ºC) durante la realización
de los diferentes estudios.
Caracterización de los productos obtenidos
Análisis de textura (prueba de cizallamiento y extrusión)
•
Atún Claro en Salsa de Tomate: Los resultados de la prueba de cizallamiento
muestran que no existen diferencias significativas en este parámetro para las
muestras estudiadas (Figura 5.1.1).
Figura 5.1.1 Resumen de resultados de cizallamiento obtenidos para los distintos tratamientos de conservación aplicados al producto “atún en
salsa de tomate”.
Sin embargo, en el parámetro cizallamiento-extrusión sí se observan diferencias
significativas entre las diferentes muestras (Figura 5.1.2). De acuerdo a los resultados, se
observan diferencias significativas en este parámetro entre la muestra 5 (conserva) y las
muestras 1, 3 y 4, que forman un grupo homogéneo entre ellas. El tratamiento 2 se sitúa
entre ambos, pudiendo formar grupo tanto con el tratamiento 5 como con el conjunto
formado con los tratamientos 1, 3 y 4.
Figura 5.1.2. Resumen de resultados de cizallamiento-extrusión para los distintos tratamientos de conservación aplicados al producto “atún en
salsa de tomate”.
31 •
Berberechos al Natural: Los resultados obtenidos en la prueba de cizallamiento
(Figura 5.1.3) muestran que existen diferencias significativas para los diferentes
tratamientos, de modo que es posible establecer tres grupos homogéneos de
tratamientos: tratamiento 5 (conserva); tratamientos 1, 2 y 4; y tratamiento 3.
Figura 5.1.3. Resumen de resultados de cizallamiento para los distintos tratamientos de conservación aplicados al producto “berberechos al
natural”.
En cuanto al parámetro cizallamiento-extrusión, los resultados también muestran
diferencias significativas entre las muestras estudiadas (Figura 5.1.4) de modo que éstas
pueden clasificarse en dos grupos: muestra 5 (conserva) y muestras 1, 2, 3 y 4.
Figura 5.1.4. Resumen de resultados de cizallamiento-extrusión para los distintos tratamientos de conservación aplicados al producto
“berberechos al natural”.
Ensayo de clasificación por ordenación
•
Atún Claro en Salsa de Tomate: Los resultados obtenidos en la prueba de
ordenación para todos los atributos analizados (aspecto, color, olor, textura y sabor)
mostraron diferencias significativas en el aspecto general entre la muestra 5
(conserva) y las restantes muestras analizadas.
32 •
Berberechos al Natural:
–
Atributo: Aspecto, color y textura.
Los resultados obtenidos en la prueba de ordenación para estos atributos
mostraron la existencia de diferencias significativas entre la muestra 5
(conserva) y las restantes muestras analizadas.
–
Atributo: olor.
Los resultados obtenidos mostraron diferencias significativas entre las muestras
1 y 2 (tratamientos HPP) y las muestras 3, 4 y 5 (tratamientos térmicos).
–
Atributo: sabor.
Los resultados obtenidos mostraron la existencia de diferencias significativas
entre las muestras 1, 3 y 4 y las muestras 2 y 5.
Perfil nutricional de los productos tratados
•
Atún Claro en Salsa de Tomate: Se estudiaron los siguientes parámetros: humedad,
proteína, grasa, ceniza, carbohidratos totales, valor energético total, valor energético
de la grasa, fósforo total, vitamina B3, vitamina B12, y selenio.
Tabla 5.1.1. Resumen de resultados de valores nutricionales obtenidos en productos elaborados a base de “atún en salsa de tomate” sometidos a
distintos tratamientos de conservación.
33 Los resultados obtenidos (Tabla 5.1.1) muestran que las muestras 1, 2, 3 y 4 presentan un
perfil nutricional similar. Este grupo de muestras difiere de los resultados presentados por
la muestra 5, que presenta diferencias importantes en el nivel de humedad, contenido de
grasa y valores energéticos (total y de la grasa).
•
Berberechos al Natural: Se estudiaron los siguientes parámetros: humedad,
proteínas, grasa, ceniza, carbohidratos totales, valor energético total, valor
energético de la grasa, fósforo total, vitamina B3 y hierro.
Tabla 5.1.2. Resumen de resultados de valores nutricionales obtenidos en productos a base de “berberechos al natural” sometidos a distintos
tratamientos de conservación.
Los resultados obtenidos (Tabla 5.1.2) muestran que, análogamente a lo observado para el
producto “Atún Claro en Salsa de Tomate”, los valores nutricionales son similares para las
muestras 1, 2, 3 y 4, mientras que la muestra 5 (conserva) presenta valores diferentes para
los parámetros: humedad, valor energético total y vitamina B3.
Estudio de vida útil
•
•
Atún Claro en Salsa de Tomate: Los estudios de vida útil mostraron estabilidad
organoléptica y microbiológica durante 54 días. A partir de este punto los
resultados de los análisis microbiológicos ofrecieron resultados que hicieron
sospechar de la presencia de microorganismos patógenos. Se realizaron los
correspondientes análisis de aislamiento e identificación de los mismos,
comprobándose que efectivamente se trataba de patógenas. Consecuentemente, se
continuó solamente con los análisis microbiológicos, comprobándose que los
parámetros microbiológicos analizados fueron estables para todas las muestras
durante 100 días.
Berberechos al Natural: Los estudios de vida útil mostraron posible presencia de
patógenos en el día 0 de análisis, por lo que solamente se realizaron análisis
34 organolépticos este día. Los valores obtenidos para los parámetros microbiológicos
muestran estabilidad durante 33 días para las muestras 1, 2, 3 y 4.
Conclusiones:
•
•
Atún Claro en Salsa de Tomate:
–
La textura de las muestras tratadas (análisis de cizallamiento y cizallamientoextrusión) es similar entre los productos tratados mediante altas presiones y
pasteurización térmica tradicional, pero en el caso de productos en conserva
(esterilización térmica tradicional) la textura es claramente diferente.
–
Análogamente, las características organolépticas (estudio de ordenación) son
claramente similares entre los productos tratados mediante altas presiones y
pasteurización térmica tradicional, mientras que en el caso de productos en
conserva (esterilización térmica tradicional) es claramente diferente.
–
En cuanto a los parámetros nutricionales, ocurre exactamente lo mismo: los
valores son similares para los productos tratados mediante altas presiones y
pasteurización térmica tradicional, mientras que en el caso de los productos en
conserva (esterilización térmica tradicional), existen diferencias significativas
para los parámetros: humedad, contenido de grasa y valores energéticos (total y
de la grasa).
–
Los estudios de vida útil muestran que este producto es apto para el consumo
durante 54 días, en los que se ha verificado que presenta estabilidad
organoléptica y microbiológica. A partir de este momento el producto podría
presentar problemas para su consumo debido a la posibilidad de la presencia
de patógenos, aunque se ha verificado que mantiene estabilidad para los
parámetros microbiológicos analizados durante 100 días.
–
Los resultados obtenidos muestran que los tratamientos por altas presiones
dan lugar a productos con vidas útiles similares a los obtenidos mediante
tratamientos térmicos tradicionales. Los resultados obtenidos muestran que
ambos tratamientos son similares en cuanto a conservación de las propiedades
organolépticas, nutricionales y físico-químicas (textura) de los productos;
asimismo, ambos tratamientos proporcionan vidas útiles similares al producto
tratado.
Berberechos al Natural:
–
La textura de las muestras tratadas (análisis de cizallamiento y cizallamientoextrusión) es similar entre los productos tratados mediante altas presiones y
pasteurización térmica tradicional, pero en el caso de productos en conserva
(esterilización térmica tradicional) la textura es claramente diferente.
–
Aunque con algunas excepciones, las características organolépticas (estudio de
ordenación) son similares entre los productos tratados mediante altas presiones
y pasteurización térmica tradicional, mientras que en el caso de productos en
conserva (esterilización térmica tradicional) es claramente diferente.
35 –
En cuanto a los parámetros nutricionales, los valores son similares para los
productos tratados mediante altas presiones y pasteurización térmica
tradicional, mientras que en el caso de los productos en conserva (esterilización
térmica tradicional), existen diferencias significativas para los parámetros:
humedad y valor energético total.
–
Los estudios de vida útil muestran que este producto es apto para el consumo
durante 2 días, en los que se ha verificado que presenta estabilidad
organoléptica y microbiológica. A partir de este momento el producto podría
presentar problemas para su consumo debido a la posibilidad de la presencia
de patógenos, aunque se ha verificado que mantiene estabilidad para los
parámetros microbiológicos analizados durante 33 días.
–
Los resultados obtenidos muestran que los tratamientos por altas presiones
dan lugar a productos con vidas útiles similares a los obtenidos mediante
tratamientos térmicos tradicionales. Los resultados obtenidos muestran que
ambos tratamientos son similares en cuanto a conservación de las propiedades
organolépticas, nutricionales y físico-químicas (textura) de los productos;
asimismo, ambos tratamientos proporcionan vidas útiles similares al producto
tratado.
5.1.2
Tarea 1.2. Optimización de la conservación de cremas vegetales y
platos preparados a base de verduras (Grupo Riberebro – CNTA-
Laboratorio del Ebro).
Objetivos: El objetivo general de esta tarea fue preparar productos vegetales
comercialmente estériles y su mantenimiento posterior a temperatura ambiente, mediante la
sustitución de la esterilización en autoclave por tratamientos de altas presiones. Teniendo
en cuenta la flora bacteriana (formas esporuladas) predominante en la mayoría de los
productos vegetales, se hace necesario el uso combinado de las altas presiones con otro
tratamiento tecnológico que permita obtener efectos sinérgicos entre ambos. La
combinación de alta presión y temperaturas moderadas se ha revelado como una tecnología
efectiva en el control de estos microorganismos, mejorando sensiblemente tanto la calidad
nutricional como la calidad sensorial de los mismos (por ejemplo, inactivando los enzimas
que intervienen en las reacciones de degradación, pardeamiento, oxidación y otras que
afectan sensiblemente a la calidad de estos productos vegetales).
Para alcanzar este objetivo global, se dividió la tarea en distintas subtareas con los
siguientes objetivos técnicos:
•
Formulación y pretratamiento de alimentos modelo. El objetivo fue evaluar qué
tratamientos podían aplicarse previamente a los tratamientos de altas presiones para
mejorar el efecto de los mismos. Los vegetales objeto de estudio fueron:
– Verdura de hoja: acelga y espinaca
– Verdura de tallo: cardo
– Legumbres: guisantes, lentejas
36 –
–
Champiñón entero y laminado
Crema: de champiñón, de verduras y de zanahoria
Así pues, se evaluaron las características físico-químicas, microbiológicas y nutricionales de
los distintos productos y de las materias primas, así como el diagrama de flujo tradicional
en la elaboración de los mismos. Estos datos fueron la base para poder realizar un diseño
experimental óptimo y contar con unos valores de control que permitieran evaluar
objetivamente el efecto del tratamiento posterior de altas presiones. Además, se evaluaron
los posibles pretratamientos a realizar, previos a la aplicación de las altas presiones, para
mejorar el efecto de dichos tratamientos y obtener un producto óptimo.
•
•
•
Optimización del tratamiento por altas presiones. El objetivo principal fue conocer
el comportamiento de los distintos vegetales y cremas objeto de estudio ante el
tratamiento de altas presiones (sólo o en combinación con temperatura) y optimizar
dichos tratamientos hasta alcanzar los objetivos de seguridad y calidad establecidos.
Para la validación de los alimentos modelo y como consecuencia de los resultados
obtenidos en la subtarea anterior se decidió continuar trabajando únicamente con
crema/puré y champiñón. El objetivo fue validar los resultados obtenidos en las
subtareas anteriores comprobando que los procesos seleccionados permitían una
adecuada higienización (análisis microbiológicos) y unas correctas características
fisicoquímicas y sensoriales para la comercialización del producto. En los trabajos
anteriores quedó patente la necesidad de un pretratamiento del material vegetal
antes de ser sometido al proceso de esterilización por alta presión. En la mayoría de
las conservas vegetales es necesario un pretratamiento de los mismos previo al
tratamiento de esterilización por calor. Este tratamiento previo permite estabilizar
el color e higienizar el producto y sensibilizar a los microorganismos para el
tratamiento posterior.
Estudio de pretratamientos alternativos por escaldado por microondas. El objetivo
fue la optimización del tratamiento por altas frecuencias como alternativa al
escaldado en los productos champiñón y alcachofa.
Resumen ejecutivo: En primer lugar, se realizó el diseño de las formulaciones y del
proceso de los alimentos modelo. Para ello, se realizaron numerosas pruebas a nivel de
planta piloto variando las concentraciones de los distintos ingredientes, así como los
parámetros de proceso de las distintas etapas, forma de mezclado y batido, tiempos y
temperaturas, etc.. Tras el diseño se efectuó la evaluación de las características
microbiológicas (aerobios totales, enterobacterias y coliformes) y sensoriales (apariencia y
textura) de los distintos productos, tanto de la materia prima, como de los productos
finales tras el procesado industrial.
También se realizaron estudios de aplicación de distintos pretratamientos en el caso de los
vegetales modelo tipo hoja, tallo y legumbres. Mediante la aplicación de estos
pretratamientos se buscaba acondicionar la materia prima con el fin de favorecer la
inactivación de las enzimas responsables del deterioro de la calidad del producto y, por otro
lado sensibilizar a los microorganismos frente a un tratamiento posterior por alta presión.
37 En todos los casos, se decidió aplicar un escaldado por inmersión en agua caliente. Se
realizaron distintas pruebas variando la intensidad del tratamiento (tiempo y temperatura) y
evaluando el efecto higienizante e inactivante del escaldado, a la vez que se estudió el efecto
de dicho tratamiento sobre el color y la textura del producto (se buscaba mantener el
producto lo más similar posible al producto fresco de partida).
Para incrementar el efecto de los pretratamientos, se valoró la adición de ácidos orgánicos,
con el objetivo de disminuir el pH de los alimentos, puesto que los pHs bajos actúan
directamente inhibiendo el crecimiento de determinados microorganismos e indirectamente
disminuyendo la resistencia a las altas presiones y al calor de los microorganismos. Además,
al reducir el pH, se inhiben o retardan diferentes reacciones enzimáticas y no enzimáticas,
lo cual permite evitar pardeamientos y oxidaciones no deseados. Se usaron distintos ácidos
orgánicos (cítrico, ascórbico y láctico) que se adicionaron de tres formas: directamente en el
agua de escaldado, mediante la adición directa sobre el producto antes del envasado y una
combinación de ambos. En todos los casos se realizó un recuento inicial sobre el producto
en fresco y en el producto después la adición de los ácidos orgánicos y del posterior
escaldado.
Posteriormente, se optimizó el tratamiento por altas presiones. Los productos se
prepararon según las condiciones obtenidas anteriormente y se realizó un análisis
microbiológico y de aspecto inmediatamente después del tratamiento por alta presión. A
continuación, las muestras se envasaron en bolsas de plástico termoselladas al vacío y se
sometieron a distintos tratamientos de alta presión y de combinación alta presión y
temperatura, tanto en tratamientos de un solo ciclo como en tratamientos de varios ciclos
de alta presión. Los tratamientos de alta presión utilizada fueron siempre superiores a 600
MPa y, en el caso de las temperaturas variaron entre los 45 y los 90 ºC. Los tiempos de
tratamiento nunca fueron superiores a los 15 minutos ni en los tratamientos de un solo
ciclo, ni en los tratamientos de varios ciclos. Una vez realizados los distintos tratamientos
ensayados, se realizó un nuevo recuento microbiano (aerobios mesófilos totales), así como
estudios de estabilidad de la conserva, para determinar y evaluar el efecto higienizante de
los distintos tratamientos. Además se realizó un estudio de las características de calidad
sensorial del producto tratado (aspecto y textura).
Por último, se procedió a la validación de los resultados obtenidos en las subtareas
anteriores. Esta tarea se realizó sólo en las cremas de verduras ya que fue en este tipo de
producto dónde se consiguieron los mejores resultados de esterilidad comercial y
mantenimiento de las características sensoriales (similares a las del producto recién
cocinado).
Para ello, las cremas se sometieron al tratamiento que mejores resultados había mostrado y
se llevó a cabo una:
•
•
Caracterización microbiológica: recuento de mesófilos y termófilos aerobios y
anaerobios, bacterias mesófilas sulfitorreductoras y estudios de estabilidad.
Caracterización sensorial: se realizó un análisis sensorial con un panel de cata
formado por técnicos de Gutarra y del CNTA. Los parámetros evaluados fueron
38 apariencia (intensidad de color, defectos), olor (intensidad de olor, defectos), sabor
(intensidad de sabor, defectos) y textura (viscosidad, defectos) y valoración global.
Durante la realización del estudio de pretratamientos alternativos mediante el escaldado por
microondas, se estudió la eficacia de la tecnología en dos productos distintos: champiñón y
alcachofa. Los estudios se realizaron en una primera fase con un microondas de laboratorio
y, posteriormente, con un equipo microondas semiindustrial. En cada producto se aplicó
una batería de tratamientos, variando los parámetros de tratamiento: potencia, tiempo de
tratamiento, condiciones del entorno (vapor de agua, inmersión en agua). Tras la aplicación
de cada tratamiento se evaluaron los siguientes parámetros:
•
•
•
Color y Firmeza
Recuento de mesófilos aerobios
Actividad polifenoloxidasa
Después de la evaluación inicial, el producto se procesó para la consecución de una
conserva convencional mediante un tratamiento térmico en autoclave. Tras el procesado se
volvió a realizar un análisis de los siguientes parámetros de calidad:
•
•
Peso neto, pH, calibre, color, olor, textura y defectos
Estabilidad microbiológica de productos conservados a temperatura ambiente
La evaluación de los resultados permitió seleccionar los mejores tratamientos. Con ellos se
realizaron los correspondientes estudios de vida útil, en los que se estudió la evolución de la
calidad a lo largo del tiempo de almacenamiento. En el caso de alcachofa no se realizaron
los estudios de vida útil porqué no se alcanzaron los objetivos de calidad establecidos.
Resultados: A continuación se muestran los resultados obtenidos en el estudio de la
aplicación de las altas presiones en combinación con calor para el tratamiento de vegetales.
En el caso de vegetales tipo hoja (acelga y espinaca), se definió como pretratamiento
óptimo el escaldado en agua a 90 ºC durante 5-6 min.
En acelga y en espinaca, se consiguió la inactivación de la flora microbiana por debajo del
límite de detección (< 10 ufc/g) tanto en el tratamiento en que se aplicó un solo ciclo de
presión (700 MPa/90 ºC/10 min) como en el que se aplicaron varios ciclos de alta presión
(700 MPa/temperatura> 60 ºC/15 min).
Tanto las acelgas como las espinacas presentaron un ligero pardeamiento tras el
tratamiento, que fue mayor conforme aumentó el tiempo y la temperatura de tratamiento.
No obstante, la degradación del color verde característico no fue muy marcada y, en todo
caso, fue significativamente menor que la degradación que sufrieron estos productos por
esterilización térmica (Figuras 5.15 y 5.1.6).
39 Acelga
escaldada
Espinaca
escaldada
700MPa/10min/
90 ºC
700MPa/10min/
90 ºC
Figura 5.1.5. Aspecto de las acelgas y las espinacas escaldadas y tratadas a 700 MPa/10 min a 90 ºC.
700 MPa/5+5+5 min./70 ºC
700 MPa/5+5+5+5 min./70 ºC
Figura 5.1.6. Aspecto de la acelga tratada a 700 MPA durante 3 x (5min) y 4 x (5 min) a 70 ºC.
En el caso de los guisantes, se definió como pretratamiento óptimo el escaldado en agua a
95 ºC durante 5-6 min.
La aplicación de tratamientos de alta presión demostró, tal y como ocurre en la acelga y la
espinaca, que cuando se utiliza un solo ciclo de alta presión, es necesario aplicar, al menos
700 MPa, a 90 ºC, durante 10 minutos para conseguir la inactivación de la población
microbiana deseada.
En la Figura 5.1.7 se observa como el tratamiento a 90 ºC produce una pérdida de la
tonalidad verdosa típica del guisante, aunque es sensiblemente mejor que la tonalidad del
producto en conserva.
Guisante
escaldado
700 MPa/10min/
90 ºC
Figura 5.1.7. Aspecto del guisante tratado a 700 MPa durante 10 minutos a 90 ºC.
40 En el caso de aplicar varios ciclos de alta presión, fue necesario aplicar 3-4 ciclos de 5
minutos cada uno, de 700 MPa a 60-70 ºC para conseguir la inactivación deseada (<10
ufc/g).
Por otro lado, la pérdida del color verde fue más acusada a medida que aumentó la
temperatura y el número de ciclos (Figura 5.1.8).
Guisante escaldado 700MPa/5+5+5min/
60 ºC
700MPa/5+5+5+5min/ 60 ºC Figura 5.1.8. Aspecto del guisante tratado a 700 Mpa durante 3 x (5min) y 4 x (5 min) a 60 ºC.
En el caso de las lentejas fue necesario aplicar un tratamiento térmico elevado previo al
tratamiento de altas presiones para conseguir el ablandamiento del producto. Por este
motivo, y por el poco valor añadido del producto, se decidió no continuar trabajando con
lentejas.
En el caso de vegetales tipo tallo (cardo), el pretratamiento seleccionado fue, una vez más
el escaldado, en este caso, 10 minutos a 85ºC. Los tratamientos preliminares de alta presión
no consiguieron reducir por completo su población microbiana. Además, no se consiguió
evitar el pardeamiento de las muestras durante su conservación en refrigeración. Por otra
parte, la textura del producto después de los tratamientos de alta presión no fue la
adecuada. En este caso, sería necesario una fase previa más intensa de cocinado para
conseguir que el producto esté listo para consumir. Por todos estos motivos se decidió no
continuar con el estudio en este producto.
En el caso de las cremas (crema de verduras, crema de zanahoria y crema de champiñón), el
pretratamiento de acondicionado se basó en el cocinado de las propias cremas.
Las condiciones mínimas de proceso para conseguir la inactivación de la carga microbiana
por debajo del límite de detección (< 10 ufc/g) fueron 800 MPa/ 80 ºC/5-10 minutos.
Los estudios de estabilidad de conservas realizados en la fase de validación demostraron
que las muestras fueron estables microbiológicamente. Asimismo, un ensayo realizado en
crema de champiñón, inoculada con C. sporogenes en una concentración de 107 ufc/ml,
demostró que el tratamiento combinado conseguía la inactivación de este microorganismo
por debajo del límite de detección (< 10 ufc/ml).
En lo que respecta a la calidad sensorial, los resultados obtenidos fueron muy satisfactorios:
41 •
en la crema de verduras, se mantuvo su color verde característico, muy similar a la
crema sin tratamiento de conservación y sensiblemente mejor que la crema
esterilizada por calor, aunque se observó un ligero pardeamiento a medida que se
aumentó el tiempo de tratamiento (Figura 5.1.9). El olor, el sabor y la textura
fueron similares a los de la crema recién cocinada.
Crema control
Crema por HPT
Crema por HPT
Crema comercial
Crema comercial
Figura 5.1.9: Aspecto de una crema de verduras sin tratamiento (control), de una crema tratada mediante altas presiones y temperatura
(HPT) a 800MPa/80 ºC durante 10 minutos y de una crema comercial tratada por calor.
•
en el caso de la crema de champiñón las muestras tratadas mostraron un aspecto
similar al de la crema no tratada, independientemente del tiempo de tratamiento
(Figura 5.1.10). El aspecto fue mejor que el que presentaron las muestras sometidas
al tratamiento térmico convencional. El olor, el sabor y la textura se mantuvieron
como los que presenta la crema recién cocinada. Incluso, se apreció una mayor
intensidad de flavor a champiñón en el producto tratado por altas presiones.
Crema control
Crema
comercial
Crema
Crema HPT
Figura 5.1.10: Aspecto de una crema de champiñón sin tratamiento (control), de una crema tratada mediante altas presiones y temperatura
(HPT) a 800MPa/80 ºC durante 15 minutos y de una crema comercial tratada por calor.
•
la crema de zanahoria tratada por alta presión y temperatura, presentó un color
ligeramente más oscuro que el recién elaborado, con un tono naranja más intenso.
Este cambio no se consideró como defecto (Figura 5.1.11).
42 •
la crema de zanahoria tratada por HPT, presentó un color más oscuro que el recién
elaborado, con un tono naranja más intenso, aunque no llegó a ser pardo, por lo
que no se consideró defecto. (Figura 5.1.11).
Crema control
Crema HPT
Crema comercial
Figura 5.1.11: Aspecto de una crema de zanahoria sin tratamiento (control), de una crema tratada mediante altas presiones y temperatura
(HPT) a 800MPa/80 ºC durante 15 minutos y de una crema comercial tratada por calor.
Además, se observó una mayor intensidad del sabor dulce de la zanahoria en el producto
tratado por alta presión. La valoración fue mejor que la del producto convencional.
En el caso del champiñón, en ninguno de los tratamientos ensayados se alcanzó la
estabilidad de las muestras. Los niveles de inactivación que se consiguieron, en algunos
casos, se situaron por debajo del límite de detección, sin embargo, los estudios de
estabilidad demostraron la alteración de las muestras lo cual era indicativo de una
insuficiente esterilización.
En el caso del champiñón, el tratamiento más eficaz fue seleccionado en base a los
resultados obtenidos en los ensayos a escala laboratorio y en la posterior adaptación a
condiciones preindustriales. Este tratamiento consistió en una fase de calentamiento a
11000 W durante 2 minutos 30 segundos y una de mantenimiento a 2000 W durante 2
minutos. Los efectos de este tratamiento sobre el producto fueron:
–
–
–
–
Recuentos microbiológicos similares a los obtenidos en el escaldado
convencional.
Se consiguió una inactivación efectiva de la polifenoloxidasa.
Color y textura similares a los de productos sometidos a escaldado
convencional.
Similar pérdida de peso.
A lo largo de la vida útil del producto, la evolución de los parámetros de color (Figura
5.1.12) y firmeza fue similar en ambos tratamientos, escaldado por microondas y escaldado
convencional.
43 TRATADO MO
SEMANA 2
ESCALDADO
SEMANA 4
SEMANA 6
Figura 5.1.12: Aspecto de los champiñones escaldados por microondas o por el método tradicional, a lo largo de 6 semanas de almacenamiento.
En el caso de la alcachofa, el tratamiento más eficaz, seleccionado después de los estudios a
escala de laboratorio, fue de 1000 W durante 2 minutos 20 segundos hasta alcanzar 95 ºC y
mantenimiento a 500 W durante 14 minutos. Con este tratamiento, los resultados sobre el
producto fueron:
–
–
–
Recuentos microbiológicos similares a los obtenidos mediante el escaldado
convencional.
Inactivación de la polifenoloxidasa.
Textura ligeramente más firme.
Sin embargo, en la adaptación a escala preindustrial, no se consiguió evitar totalmente el
pardeamiento del interior de la alcachofa con ninguno de los tratamientos aplicados (Figura
5.1.13). Contrariamente, la aplicación del tratamiento potenció el sabor propio de la
alcachofa, cualidad que se valoró positivamente.
44 TRATAMIENTO
1
TRATAMIENTO 2
TRATAMIENTO 3
TRATAMIENTO 4
TRATAMIENTO 5
TRATAMIENTO 6
ESCALDADA
Figura 5.1.13: Aspecto de las alcachofas tras los tratamientos en el túnel semi industrial.
Conclusiones: En esta tarea el objetivo principal fue el estudio del uso de la Alta Presión
como método de esterilización (para almacenamiento a temperatura ambiente) de una
amplia gama de productos vegetales:
•
•
•
•
•
Verdura de hoja: acelga y espinaca
Verdura de tallo: cardo
Legumbres: guisante, lentejas
Champiñón entero y laminado
Cremas: de champiñón, de verduras y de zanahoria
Como se deduce de los resultados obtenidos en los distintos productos y detallados
anteriormente, la aplicación combinada de alta presión y temperatura proporciona un
efecto higienizante mayor que el obtenido con un tratamiento sólo de alta presión. De
hecho es necesaria la aplicación de temperaturas elevadas (90 ºC) para inactivar la flora
microbiana presente en el producto y estabilizar el producto a temperatura ambiente. Esta
temperatura aunque elevada, es inferior a las temperaturas utilizadas habitualmente en los
45 procesos de esterilización térmica, lo que confiere al producto unas características
sensoriales mejores que las del producto esterilizado por calor.
Por otro lado, la aplicación de ciclos de alta presión y temperatura, no tan sólo reduce la
población esporulada, sino que permite la aplicación de temperaturas más bajas. Los
resultados obtenidos demuestran que un tratamiento a 700 MPa de 3 ciclos de 5 minutos a
60ºC destruye la flora microbiana y permite mantener mejor las características sensoriales
del producto.
Se ha demostrado, por tanto, que es posible conseguir la esterilidad comercial de
determinados productos vegetales con la combinación de alta presión y temperatura,
obteniendo una calidad sensorial diferenciada respecto a los productos que se
comercializan actualmente.
Otro de los objetivos de la actividad fue evaluar el tratamiento de microondas como
alternativa al escaldado tradicional de verduras.
Los resultados obtenidos varían según el producto estudiado. En el caso del champiñón, el
escaldado por microondas obtuvo resultados satisfactorios desde el punto de vista
microbiológico y sensorial, alcanzándose calidades similares a las obtenidas con el
escaldado convencional. El valor añadido de la tecnología podría, por tanto, ser, no por la
mejora del producto, sino por la reducción del consumo de agua durante el proceso.
En lo que respecta a la alcachofa, no se consiguieron resultados satisfactorios ya que no se
consiguió inhibir la elevada capacidad oxidativa sin deteriorar la calidad. Para este tipo de
productos sería necesario utilizar un sistema mixto adaptado, es decir, basado en la
utilización de microondas y túnel de vapor tradicional.
46 5.2. ACTIVIDAD 2. PASTEURIZACIÓN POR ALTA PRESIÓN.
COMBINACIÓN DE LA ALTA PRESIÓN CON OTRAS TÉCNICAS
DE CONSERVACIÓN
El principal objetivo de la actividad 2 fue el de impulsar el uso de la tecnología de altas
presiones en las empresas agroalimentarias ya que, a pesar de las innumerables ventajas de
la tecnología, éstas se mostraban (hace unos años) aún reticentes a la incorporación de esta
tecnología en las líneas de producción. Se plantearon una serie de pautas para conseguir
una tecnología más atractiva, aplicable y ventajosa para el sector agroalimentario.
5.2.1
Tarea 2.1. Investigación de las condiciones de presurización
ultrarápida (N.C.Hyperbaric, S.A, IRTA, UBU e ITCL).
Objetivos: Los principales objetivos de esta tarea fueron:
•
Conseguir una mayor capacidad productiva de los equipos de alta presión
aumentando el volumen útil de los mismos y mejorando su fiabilidad.
•
Estudiar los efectos de la tecnología en diferentes matrices alimentarias.
En función de estos objetivos se definieron las subtareas que se exponen a continuación y
que corresponden a cada uno de los cuatro años de duración del proyecto:
–
•
Mejorar la capacidad productiva aumentando el diámetro del cilindro y
prediseño.
o
Diseñar un nuevo modelo de máquina con mayor diámetro interno,
atendiendo principalmente a aspectos como dimensionamiento básico
de componentes estructurales del equipo.
o
Determinar la influencia del procesado por alta presión de diferentes
matrices alimentarias para poder comparar posteriormente con
productos procesados mediante altas presiones ultra-rápidas (APUR).
Mejorar la capacidad productiva aumentando el diámetro del cilindro y
optimización.
o En base a los resultados obtenidos en la subtarea 1, se optimizó el
diseño y se construyó el primer prototipo de 420L.
o
•
En el campo de aplicaciones se continuó con el estudio del efecto de la
tecnología de alta presión en otras matrices alimentarias, ampliando la
base de datos disponible.
Mejorar la capacidad productiva aumentando el diámetro del cilindro y
construcción.
o
Mejorar la fiabilidad del equipo de 420L (investigación de nuevos
materiales) y construcción de un equipo de laboratorio APUR.
o
Iniciar la investigación del efecto del procesado APUR de diferentes
matrices alimentarias.
47 •
Mejorar la capacidad productiva por medio del ascenso ultra-rápido de la
presión.
o
Mejorar la capacidad productiva del equipo APUR (Investigación de
nuevos materiales y soluciones). Estudio de viabilidad del equipo.
o
Caracterizar los efectos del procesado de diferentes matrices
alimentarias mediante APUR y comparación de los resultados con los
obtenidos mediante el procesado por alta presión clásica.
Resumen ejecutivo: Inicialmente se realizó el diseño y construcción de un nuevo modelo
de máquina denominado Wave 6000/420.
Figura 5.2.1: Dibujo 3D de la máquina Wave 6000/420
En este modelo se incrementó su volumen útil en relación al mayor modelo existente en
dicho momento (Wave 6000/300) aumentando su diámetro interior. En la siguiente tabla
se muestran las diferencias entre el nuevo modelo y el ya existente:
Tabla 5.2.1 Comparación de las características de los equipos NCHyperbaric
W 6000/300
W 6000/420
Presión de diseño
6300 bar
6600 bar
Volumen
300 litros
420 litros
Diámetro interior
300 mm
380 mm
Longitud vasija
4500 mm
4000 mm
Peso estimado
62Tn
72Tn
48 Con este nuevo equipo se alcanza
a
una gran
g
optimización ya quue con tan ssólo un 16%
% más
de peeso se conssigue un 40% más de volumen
v
(yy alrededor de
d un 55% de volumeen útil
estim
mado). En la
l siguiente figura se muestra
m
la comparación entre las dimension
nes de
ambo
os equipos:
Figura 5.2.2.
5
Comparaciónn dimensiones W3300 / W420 (figuura en rojo)
Antees de poder acometer
a
la construcció
ón del nuevo
o equipo se llevó a cabo
o el prediseñ
ño del
mism
mo, validado
o a partir de un modelo de elemento
os finitos paara el yugo y la vasija (U
UBU).
Las partes
p
princiipales en las que centrarron las tareass de diseño y optimizaciión (realizad
das en
colab
boración con
n la UBU) fuueron:
•
Vasija. La
L configuración final de
d la vasija responde
r
al objetivo dee maximizar en la
medida de
d lo posiblee su vida útiil, además de
d cumplir co
on el código
o ASME (Código
de diseño
o, construccción, inspección y pruebas para eqquipos, entree otros caldeeras y
recipientees a presión
n de la Ameriican Society off Mechanical Engineers).
E
•
Tapones.. El diseño de
d estas piezzas se basa en
e el sistemaa empleado en los equip
pos de
menor taamaño.
•
Cuñas. En
E este caso el diseño caambia totalm
mente respeccto a modelo
os inferioress pues
en este nuevo
n
equipo
o el aumento
o del diámettro interno desde
d
300 m
mm hasta 3800 mm
supone un
u aumento
o considerab
ble de los esfuerzos en
n el yugo. P
Por ello las cuñas
existentes no son lo suficientemente robustaas.
•
Yugo. Essta es la partte de mayorr peso del eqquipo por lo
o que su optiimización ess muy
importan
nte (ahorro de
d material y disminuciión de peso
o). Se consiggue, con un 7.3%
más de material
m
quee el yugo soporte un 65% más de
d esfuerzoss a la presió
ón de
diseño.
49 •
Instalaciones auxiliares. En este apartado cabe destacar la notable mejora del
sistema de adquisición de datos (Scada), desarrollado de forma conjunta con ITCL.
Una vez realizado el diseño se construyó el primer prototipo (Figura 5.2.3).
Figura 5.2.3. Vista de la primera máquina W420
Sobre este primer prototipo se realizarán las modificaciones pertinentes para conseguir los
siguientes objetivos:
•
Aumento de la vida útil de la vasija: Cambio del diseño del bobinado de la vasija
(los parámetros modificados no se indican por ser confidenciales)
•
Mejor integración del equipo en la línea de producción: diseño de una línea de carga
y descarga escamoteable (Figura 5.2.4):
50 Figura 5.2.4. Diseño de cinta escamoteable
De forma paralela al diseño del nuevo equipo se llevaron a cabo dos actuaciones
complementarias en colaboración con Desmasa:
•
Banco de ensayos. Diseñado para el estudio de soluciones de juntas de
intensificadores.
•
Diseño de un equipo cuya finalidad es caracterizar el proceso de introducción de
tensiones residuales en tubería de alta presión y probar el comportamiento de
nuevos tubos para aumentar la vida útil de los mismos.
Uno de los retos fundamentales de NC Hyperbaric en este proyecto era el de investigar los
efectos del ascenso ultra-rápido de la presión en el procesado de alimentos, así como el
estudio de la eventual mejora de la capacidad productiva. Para ello se llevó a cabo la
construcción de un equipo denominado short-time (integrado por dos equipos de alta
presión coordinados) con el que se alcanzan 6000 bar de presión en 20s (normalmente esta
presión se alcanza en 150 s). En dicho equipo se implementaron tanto el software de
control como el sistema de adquisición de datos (en colaboración con el Instituto
Tecnológico de Castilla y León) y se desarrollaron nuevas aplicaciones que permiten el
mejor manejo del gran número de variables en juego para el tratamiento de productos con
tecnología APUR. Finalmente se llevó a cabo un estudio de la viabilidad de la implantación
de la tecnología APUR en una planta de procesado de alimentos.
De forma paralela se llevó a cabo el estudio de los efectos de la tecnología (alta presión
tradicional y APUR) en diferentes matrices alimentarias, para lo que se contó con la
colaboración de IRTA y UBU. Las distintas líneas de investigación adoptadas por estos
centros de investigación han sido las siguientes:
51 •
Jamón curado. Este producto puede estar contaminado por Listeria monocytogenes
hecho que impide la exportación a Estados Unidos y Canadá.
•
Solomillo de buey. Se pretende garantizar la seguridad alimentaria frente a los
patógenos Salmonella spp. y Listeria monocytogenes.
•
Embutidos ibéricos. De forma similar al jamón curado, la baja actividad de agua de
estos productos podría dificultar la inactivación microbiana por alta presión.
•
Productos preparados basados en productos del mar: berberechos y atún. Estudio
del efecto de la alta presión para sentar las bases de futuros estudios de
esterilización por altas presiones.
•
Langostino crudo en salsa. Aplicación de la tecnología de altas presiones para
aumentar la vida útil del producto con el mínimo impacto posible en las
propiedades sensoriales.
•
Estudio de la influencia de diferentes parámetros de alta presión en 6
microorganismos de interés para la calidad y la seguridad alimentaria: Weissella
viridescens, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella enterica y
Staphylococcus aureus. En este apartado se ha comparado el efecto de la alta presión
convencional y las APUR.
Tabla 5.2.2. Velocidad de subida de presión (hasta 6000 bar) y tiempo de mantenimiento de presión. (Tratamiento UBU)
Tipo de
tratamiento
Veloc. Subida Presión,
bar/min
Tiempo
mantenimiento
de presión, s
1
Normal
2000
15
180
1
Flash
6000
15
180
1
APUR
18000
15
180
Comparación del efecto del procesado por alta presión convencional y APUR en 4
matrices diferentes: pechuga de pollo, filete de ternera, cola de rape y rodaja de salmón.
52 Tabla 5.2.3. Velocidad de subida de presión (hasta 6000 bar) y tiempo de mantenimiento de presión. (Tratamineto IRTA)
Tipo de
tratamiento
Veloc. Subida Presión,
bar/min
Tiempo
mantenimiento
de presión, s
Normal
2000 bar/min
180
Flash
2000 bar/min
15
APUR
18000 bar/min
1
Resultados: Para entender bien los resultados obtenidos por NC Hyperbaric en este
proyecto conviene comenzar con una breve explicación del funcionamiento de la
tecnología de altas presiones. Los alimentos, previamente dispuestos en su envase final
flexible, se introducen en una vasija de acero, que se llena de agua, hasta un 15% más de su
capacidad real, consiguiendo altos niveles de presiones isostáticas, que pueden alcanzar los
6000 bar.
Figura 5.2.5. Esquema de funcionamiento de los equipos de alta presión. Detalle de la cámara hiperbárica
Antes del inicio del proyecto la gama de equipos de alta presión de NC Hyperbaric ofrecía
modelos en los que el volumen de su vasija oscilaba entre 55L y 300L. El primer reto de
NC Hyperbaric fue el de diseñar y construir un primer prototipo de mayor volumen útil
que los existentes: 420 L.
53 Figura 5.2.6. Vista de la primera máquina W420
Posteriormente se estudió la posibilidad de implementar la tecnología, construyendo un
prototipo capaz de alcanzar 6000 bar de presión en 20s. Dicho prototipo está integrado por
dos equipos de alta presión coordinados, uno de los cuales es el W 420 diseñado en la
primera parte del proyecto (Figura 5.2.6).
El estudio de las aplicaciones del procesado por altas presiones (AP y APUR) en diferentes
matrices alimentarias ha sido realizado por los centros de investigación UBU e IRTA.
Durante las dos primeras anualidades se realizaron estudios de procesado por altas
presiones “clásicas” de diferentes productos, obteniendo resultados muy satisfactorios en
los siguientes casos:
•
El estudio realizado con productos cárnicos: jamón curado, solomillo de buey y
embutidos ibéricos dio lugar a resultados satisfactorios, pues se garantiza la
seguridad alimentaria de los mismos frente a los patógenos Salmonella spp. y Listeria
monocytogenes, aumentando significativamente su vida útil. En concreto:
– Jamón curado: Los resultados fueron satisfactorios tanto desde un punto de
vista microbiológico como desde el sensorial.
– Solomillo de buey: Mediante un tratamiento de 6000 bar durante 6 minutos, se
alcanzó una vida útil de 120 días, garantizando en este periodo la seguridad
alimentaria frente a los patógenos Salmonella sp. y Listeria monocytogenes.
– Embutidos ibéricos: Como resultado de un tratamiento de 6000 bares durante
10 minutos se obtuvo una inactivación microbiana efectiva.
También se realizaron estudios con productos de mar, en concreto los estudios con
langostino crudo en salsa reportaron un aumento de la vida útil del producto de un tercio
respecto al producto no tratado, sin observarse modificaciones en las propiedades
sensoriales del producto.
Una vez construido el prototipo short-time se estudió el efecto que las altas presiones ultrarápidas (APUR) ejercen sobre diferentes matrices alimentarias, y la comparación del mismo
con las altas presiones “clásicas” (AP).
54 •
•
Se estudió este efecto sobre 6 microorganismos relevantes para la industria
alimentaria: Weissella viridescens, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes, Escherichia
coli, Salmonella enterica y Staphylococcus aureus. De los resultados se desprende que la
eficacia de la tecnología APUR (subida a 18000 bar/min) a 6000 bar (con un
tiempo de mantenimiento de la presión de 1 ó 15 s) es menor (entre 1 log y 6 log
ciclos) que la AP “clásica” (subida a 2000 bar/min con el mismo tiempo de
mantenimiento de la presión), concluyéndose que en ninguno de los casos
estudiados (ni en el buffer ni en los modelos de alimentos) la inactivación alcanza el
valor mínimo requerido por la industria (que es de 3 log ciclos).
Se evaluó la eficacia del procesado por altas presiones (APUR y AP) de los
siguientes productos frescos: pechuga de pollo, filete de ternera, rodaja de rape y
rodaja de salmón. En este caso también se demuestra la menor eficacia de la
tecnología APUR en cuanto a extensión de la vida útil de los diferentes productos.
La textura y el color de los productos procesados por APUR se aproximan más a la
apariencia de los productos frescos, pero en general se sigue observando una
diferencia de aspecto que debería reducirse notablemente para evitar el rechazo del
consumidor final.
En la Figura 5.2.7 se puede observar los cambios de color de cada uno de los tratamientos
realizados tanto en pollo y ternera como en rape y salmón.
55 Figura 5.2.7: Aspecto de los diferentes productos después de un día del tratamiento por alta presión: Control (no presurizado), APUR,
FLASH o NORMAL
Conclusiones: El primer gran reto que se planteó fue el de diseñar un nuevo equipo que
aumentara su capacidad y por lo tanto su productividad en relación a los modelos ya
existentes. Tras una primera etapa de prediseño de los componentes críticos del equipo y
posterior optimización se obtuvo el Wave 6000/420, que posteriormente fue galardonado
con el premio a la innovación del Instituto de Tecnólogos de Alimentos (IFT Innovation
Award) por ser considerado el equipo de procesado por altas presiones de mayor tamaño y
capacidad productiva del mundo. Con este nuevo modelo, se consigue pasar de una
producción de 1252 kg/h, ofrecida por el Wave 6000/300 (en su configuración de máxima
productividad, con 6 intensificadores) a 2030 kg/h de la Wave 6000/420 con 8
56 intensificadores. A pesar de que al final de la primera anualidad ya se disponía un prediseño
del equipo, este ha continuado optimizándose durante todo el tiempo de vida del proyecto.
De forma paralela al diseño y construcción del nuevo equipo se fabricaron equipos
(totalmente nuevos tanto en diseño como en concepto) cuya finalidad era la de realizar las
pruebas de intensificadores y del comportamiento de nuevos tubos de alta presión para
aumentar la vida útil de los mismos.
La investigación de una nueva aplicación de las altas presiones denominada APUR -Altas
presiones ultra-rápidas- dio lugar a resultados muy interesantes, sobre todo desde el punto
de vista científico. En primer lugar se consiguió diseñar un prototipo (como combinación
de dos equipos de alta presión) capaz de alcanzar 6000 bar en 20 s. El diseño del mismo
experimentó cambios respecto al planteamiento inicial, pero el resultado final fue
satisfactorio, realizándose además avances significativos en su software de gestión. A partir
de los resultados extraidos de los ciclos de prueba realizados y completados con una serie
de cálculos se realizó un estudio de viabilidad del equipo short-time que permite concluir
que, para empresas agroalimentarias interesadas en la combinación de las dos formas de
procesado, APUR y AP, el conjunto short-time diseñado resulta una opción muy atractiva y
rentable, pues se podría, por un lado mantener una elevada producción AP además de
procesar de forma simultánea productos mediante APUR (un menor volumen).
La parte ingenieril del proyecto estuvo respaldada por un estudio del efecto de las AP y las
APUR en el procesado de diferentes matrices alimentarias, para lo que se contó con la
colaboración de IRTA y UBU. Durante la primera mitad del proyecto las pruebas
realizadas por ambos grupos de investigación se orientaron al estudio del comportamiento
de ciertos productos cárnicos y platos preparados a base de marisco frente al procesado por
altas presiones convencional. Los resultados referentes a esta parte fueron muy positivos
observándose una notable mejora de la seguridad alimentaria (inactivación microbiana) y
del aumento de la vida útil sin afectar negativamente los atributos sensoriales de los
productos estudiados.
De forma paralela se estudió la influencia que los parámetros presión y tiempo, ejercen
sobre 6 microorganismos relevantes en el campo de la seguridad alimentaria (Weissella
viridescens, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella enterica y
Staphylococcus aureus) y sobre 4 matrices alimentarias diferentes (pechuga de pollo, filete de
ternera, cola de rape y rodaja de salmón) comparando por tanto los resultados obtenidos
con procesado AP y APUR. En ambos casos se concluyó una menor eficacia del procesado
APUR sobre la inactivación microbiana y la extensión de la vida útil de los diferentes
productos. A nivel de textura y color la subida rápida de presión (APUR) es más
respetuosa, pero la diferencia con muestras no procesadas es aún notable.
La nueva tecnología APUR no alcanza un nivel suficiente de destrucción de
microorganismos contaminantes ni consigue un aumento de la vida útil de los productos,
por lo que su interés para la industria es muy limitado. Se concluye que, a pesar del interés
científico de los estudios llevados a cabo por UBU e IRTA, los resultados obtenidos no
avalan la explotación comercial de la tecnología APUR, al menos en el momento actual de
desarrollo de la misma.
57 5.2.2
Tarea 2.2. Cambios en las propiedades de los materiales de envase en
la presurización ultrarrápida. Pasteurización por alta presión.
Combinación de la alta presión con otras técnicas de conservación
(Sealed Air Packaging, S.L.U e IRTA).
Objetivos: Las tareas en las que participó Sealed Air en el marco de la actividad 2
(“Cambios en las propiedades de los materiales de envase en la presurización ultrarrápida. Pasteurización
por alta presión. Combinación de la alta presión con otras técnicas de conservación”) y en el de la
actividad 4 (“Cambios en las propiedades de los materiales de envase en la sustitución del tratamiento
térmico convencional por el de altas frecuencias”) fueron planteadas desde el punto de vista de
tecnología de envasado con el objetivo de analizar los posibles cambios en las propiedades
de los materiales del envase tras ser sometidos a los nuevos procesos de
conservación/regeneración de alimentos, bien por pasteurización por alta presión (Tarea
2.2) bien por tratamiento por altas frecuencias (Tarea 4.5), adaptándose a las necesidades
exigidas del proceso y estudiando, a su vez, las ventajas ofrecidas por los nuevos procesos
tecnológicos respecto a los convencionales.
En altas presiones se estudió el efecto del tratamiento combinado de tiempo, presión y
temperatura sobre alimentos modelo de origen cárnico, de pescado y vegetal, envasados en
diferentes combinaciones de materiales plásticos y tecnologías de envasado, antes y después
del procesado, así como durante su vida útil.
Tanto en esta tarea como en la de la Actividad 4, el objetivo último tras la validación previa
realizada con los modelos fue la de optimizar y adecuar las condiciones del proceso a la
tecnología de envasado más conveniente para productos cárnicos, de pescado o de
vegetales.
A su vez, los resultados obtenidos de análisis de las propiedades mecánicas, de
permeabilidad al oxígeno (OTR) y de migración global para los materiales seleccionados
antes y después de su procesado por altas presiones o altas frecuencias fueron comparados
con la finalidad de verificar la existencia o no de diferencias debidas a la tecnología
aplicada.
Resumen ejecutivo: las tareas realizadas entre Sealed Air Cryovac e IRTA tituladas
“Cambios en las propiedades de los materiales de envase en la presurización ultrarrápida. Pasteurización
por alta presión. Combinación de la alta presión con otras técnicas de conservación” y “Cambios en las
propiedades de los materiales de envase en la sustitución del tratamiento térmico convencional (transferencia
de calor) por el de altas frecuencias (generación interna del calor)” se desarrollaron siguiendo un
mismo eje común y, adecuando en cada caso, los sistemas y materiales de envasado
óptimos a la nueva tecnología de procesado de los alimentos.
Así pues, durante el período inicial del proyecto, se definieron los materiales plásticos de
interés para ser sometidos a altas presiones y al procesado por altas frecuencias. Las
tecnologías de envasado SimpleSteps y en Bolsa termoretráctil fueron seleccionadas para
ser evaluadas en ambos procesos de conservación/regeneración; por otro lado, la
tecnología Darfresh y Bolsa VPP (“Vertical Pouch Packaging”) fueron seleccionadas para su
58 uso en altas presiones y el sistema Lidding y N’Oven, para el procesado por altas
frecuencias.
En ambas actividades, el objetivo final fue estudiar los posibles cambios en las propiedades
de los materiales de envase después de la aplicación de la tecnología seleccionada, el posible
efecto del proceso o el de la matriz alimentaria contenida en el envase, la adecuación entre
el envase-tecnología y las ventajas de los nuevos procesos tecnológicos respecto a los
convencionales.
Para ello se prepararon modelos alimentarios estándar con base cárnica, pescado y vegetal.
A continuación, éstos modelos fueron envasados mediante las tecnologías de envasado
citadas anteriormente y procesados para estudiar el efecto envase-tecnología como paso
previo a la realización de estudios de análisis sensorial y de vida útil en productos reales,
pudiéndose así comparar las ventajas/inconvenientes de las nuevas tecnologías respecto a
los procesos convencionales.
En el procesado por altas presiones se seleccionaron 7 tratamientos combinando presión
(500 ó 600MPa), tiempo (6 ó 10 minutos) y temperatura (7, 15 ó 40ºC).
Para el estudio con altas presiones se seleccionaron productos cárnicos curados enteros
(jamón curado deshuesado), loncheados ibéricos (salchichón, chorizo, caña de lomo, paleta
ibérica), frescos (panceta con corteza), cocidos (roast beef con/sin aditivos) y productos a
base de hígado de pato (foie). En cuanto a productos de la pesca, se procesaron diferentes
especies de pescado crudo (salmón, pescadilla, rape), cocidos con salsa (sardinas en
escabeche, pulpo a la Gallega, gambas al ajillo) y platos preparados (merluza con verduras).
Los productos de origen vegetal seleccionados fueron vegetales frescos laminados
(champiñones en salmuera), platos preparados (escalibada) y salsas (triturado de tomate).
Para los productos de formato industrial fue utilizada la tecnología de envasado en bolsa
termoretráctil o en bolsa VPP, mientras que la tecnología Darfresh y SimpleSteps fue la
empleada para la unidad consumidor. Los parámetros de proceso aplicados fueron
modificados según la tecnología, envase y producto.
El objetivo en ambas tareas, fue la de obtener productos envasados con la combinación
más adecuada de materiales plásticos aptos para el procesado por altas presiones o altas
frecuencias, garantizando protección, mayor vida comercial, con mejores o iguales
características sensoriales, a su vez que una mejora en la capacidad de producción al poder
reducir el tiempo de procesado respecto las tecnologías convencionales (autoclave). Para
verificar la eficacia de estas tecnologías, se realizaron los análisis físico-químicos, sensoriales
y microbiológicos pertinentes del producto procesado respecto al no tratado. En las
aplicaciones en que fue necesario se realizaron los tratamientos convencionales de
conservación (autoclave) para verificar las ventajas e inconvenientes respecto a las nuevas
tecnologías propuestas.
A su vez, se realizaron diferentes ensayos para el estudio de las propiedades mecánicas, de
resistencia a la apertura, de permeabilidad al oxígeno (OTR) y de migración global de los
materiales plásticos procesados por altas presiones en las condiciones más extremas
(40ºC/10minutos/600MPa), comparándolos con los resultados obtenidos en los materiales
no tratados.
59 Resultados: Un total de 16 combinaciones de materiales plásticos en sistema skin
(Darfresh o SimpleStep), 3 bolsas termoretráctiles al vacío y una bolsa VPP fueron
sometidas a 7 tratamientos por altas presiones, combinando presión (500MPa ó 600MPa),
tiempo (6 ó 10 minutos) y temperatura (7, 15 ó 40ºC). Todos los materiales plásticos
superaron satisfactoriamente el análisis visual post-tratamiento realizado para los modelos
cárnico, pescado y vegetal. Únicamente fueron observados problemas de deslaminación
(burbujas en la superficie del envase) en 2 referencias de bases termoformables metalizadas
(Figura 5.2.8). Estas referencias fueron descartadas de la lista de materiales a utilizar por
altas presiones. En los análisis de las propiedades mecánicas (modulus, tensión-elongación,
resistencia a la punción y flexión), permeabilidad al oxígeno (OTR, “Oxygen Transmission
Rate”) y de resistencia a la apertura para las referencias que superaron el análisis visual, no
fueron detectados cambios significativos. En la mayoría de los casos, los valores obtenidos
antes y después del tratamiento fueron idénticos. Los valores obtenidos en el análisis de
migración global realizado antes y después de la presurización, cumplieron con la
legislación europea de materiales plásticos en contacto con alimentos (Reglamento
10/2011; L12 de 15.01.2011).
Control
HP
Figura 5.2.8. Detalle de las deslaminaciones (burbujas de aire) presentes en toda la superficie de la base termoformable metalizada
En productos curados enteros o loncheados, el envasado en bolsa termoretráctil o sistema
Darfresh, respectivamente, permitió realizar el tratamiento por alta presión de estos
productos garantizando la eliminación de Listeria monocytogenes sin verse afectadas sus
propiedades sensoriales, aumentar la vida comercial y protegerlos de posibles cambios de
coloración y oxidación de lípidos gracias a su barrera al oxígeno; a su vez, estas tecnologías
de envasado ofrecieron una mejora considerable de la presentación del producto al
adaptarse a su forma, evitando los pliegues que aparecen en el formato termoformado o
bolsa laminada convencional y reduciendo la cantidad de plástico por unidad de envasado
(Figura 5.2.9).
60 Figura 5.2.9. Envase termoformado original y envasado en bolsa retráctil BB950.
Esta tecnología de envasado y de procesado permiten la exportación a países como EUA,
Canadá, Australia y Japón, donde se exige ausencia de Listeria monocytogenes en productos
curados. En el procesado de productos cárnicos frescos (panceta con corteza) en bolsa
termoretráctil, el tratamiento por altas presiones no afectó las propiedades de la bolsa
aunque provocó una desnaturalización de la proteína cárnica ofreciendo un aspecto cocido
poco adecuado para el canal de distribución; cabría pero explorar las posibilidades dentro
del sector HORECA como producto fresco respecto a la exportación en congelado,
sistema utilizado actualmente. En productos cocidos envasados en sistema Darfresh (roast
beef) las altas presiones podrían ofrecer ventajas significativas al posibilitar la higienización
tras el loncheado del producto, prolongándose su vida útil con la reducción/eliminación de
aditivos, a su vez que manteniendo las características sensoriales del producto no procesado
a nivel de aspecto y flavor. Finalmente, la presurización de productos a base de hígado de
pato mediante la tecnología Darfresh (Figura 5.2.10) consiguió triplicar su vida útil hasta
90 días, evitándose la oxidación de las grasas por su alta barrera al oxígeno sin modificarse
las características sensoriales de este producto gourmet, al mismo tiempo que ofreciendo
una presentación atractiva sin presencia de exudados como acostumbra a suceder en las
bolsas laminadas al vacío.
Figura 5.2.10. Presurización de productos a base de hígado.
La falta de tiempo y la voluntad de los consumidores de buscar una mayor comodidad en la
cocina han hecho avanzar en el desarrollo de platos listos para calentar o cocinar. Dentro
61 de este concepto, se han desarrollado diferentes productos a base de pescado “listos para
ser calentados/cocinados al microondas” mediante la tecnología de envasado SimpleSteps.
La combinación entre ambas tecnologías, envasado y altas presiones, fue fundamental para
poder prolongar la vida comercial de productos de rápido deterioro. La vida útil de los
productos cocidos con salsa (Figura 5.2.11) y pescado crudo con verduras (Figura 5.2.12)
presurizados se cuadriplicó respecto los productos no tratados.
Figura 5.2.11. Control (izquierda), presurizado (derecha)
Figura 5.2.12. Control (izquierda), presurizado (derecha)
Sensorialmente las muestras presurizadas se caracterizaron por presentar una textura
ligeramente más tierna, de superior intensidad aromática y flavor, así como con superior
intensidad de sabor salado. En cuanto al envasado de pescado fresco, las altas presiones
62 provocan una desnaturalización de la proteína de la carne del pescado, lo que implica un
cambio de color hacia tonalidades más blanquecinas o rosadas-cocidas en pescados
blancos/magros y pescados azules/grasos, respectivamente. El contenido en agua,
proteína y materia grasa de cada especie tuvo un papel importante en la conservación del
producto. La tecnología SimpleSteps contribuyó favorablemente a aumentar la vida
comercial del producto al disminuir la presencia de exudados provenientes del pescado,
garantizando al mismo tiempo una buena presentación.
En productos de origen vegetal se trabajó en formato consumidor Simple Steps para el
envasado de escalibada y en unidad industrial con bolsa VPP para champiñones laminados
en salmuera y un triturado de tomate natural. En la escalibada y los champiñones, el
objetivo fue evaluar el efecto de las altas presiones respecto al tratamiento convencional
(pasteurización por autoclave) en cuanto a vida útil, resistencia del envase y características
sensoriales del producto, mientras que para el triturado de tomate presurizado únicamente
fue comparado respecto al producto no tratado. Los análisis microbiológicos realizados de
las muestras presurizadas y pasteurizadas por autoclave corroboraron la eficacia de ambos
tratamientos respecto al producto no procesado, aumentando significativamente su vida
comercial. Tanto el envase SimpleSteps como la bolsa VPP resistieron al procesado por
altas presiones y por autoclave sin detectarse pérdidas de la hermeticidad, deslaminaciones
o deformaciones del envase. En la escalibada, se obtuvieron recuentos inferiores a 1 Log
para ambos tratamientos durante los 60 días de muestreo, mientras que en las muestras
control se obtuvieron valores superiores a los límites máximos permitidos según la
normativa microbiológica (Reglamento (CE) 1441/2007) una semana después de ser
envasadas. Además las muestras presurizadas y los controles se valoraron mejor en cuanto
a aspecto, textura, valoración global del producto e intención de compra que las procesadas
por autoclave (Figura 5.2.13).
Figura 5.2.13. Aspecto de la escalibada control (izquierda), presurizada (medio) y procesada por autoclave (derecha)
Los champiñones tratados por altas presiones y por autoclave obtuvieron recuentos
inferiores a 3 y 1 Log, respectivamente, durante los 90 días de muestreo, sin evidenciarse
tendencias al aumento, mientras que los valores obtenidos en las muestras control se
63 encontraron fueera del máxximo permiitido a parttir del día 2 post-envvasado. Las altas
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5.2.3
Taarea 2.3. Pasteurizaci
P
ión por altta presión.. Combinaación de laa alta
preesión con otras
o
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nservación en producctos de la pesca
p
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B
S.A
A e IRTA-C
CENTA).
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planteados en
n esta tarea fueron
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•
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ón, envasado
o y procesaddo de produuctos frescoss de la
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ón eficiente,, en formatos cómodos para el ussuario
(cocinas centrales, catering,
c
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optimizada y una vidda comerciall prolongadaa, mediante el uso de alltas presionees y/u
otras tecn
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mergentes.
•
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n
form
mulaciones de
d platos preeparados en base a prodductos de la pesca
que se adapten a las actuales demandas
d
del mercado relacionadaas con prod
ductos
saludablees, de fácil y rápida prep
paración.
64 •
Estudiar procesos de preparación, elaboración, cocinado, procesado y envasado de
platos preparados y de productos elaborados de la pesca, en formatos cómodos
para el usuario (restauración, consumidor final), listos para su consumo o listos para
la preparación culinaria, con una seguridad alimentaria optimizada y una vida
comercial prolongada, mediante el uso de altas presiones y/u otras tecnologías
emergentes.
•
Estudiar las condiciones óptimas de conservación de estos nuevos productos en
base a pescado y de cómo afecta la aplicación de estas nuevas tecnologías a las
características sensoriales y en la evolución microbiológica de los mismos.
•
Valorizar productos de la pesca de especial interés nutricional, mediante
presentaciones fáciles de usar, adaptadas al consumo moderno, y aceptables por los
grupos sociales de interés.
•
Definir y desarrollar nuevos productos del mar, que aporten valor añadido y con la
posibilidad de ser tratados con diferentes técnicas de conservación que alarguen su
vida comercial.
Resumen ejecutivo: En una primera fase del proyecto se realizó una revisión bibliográfica
y se asistió a varios acontecimientos del sector con la finalidad de:
•
Analizar la situación actual del mercado
•
Analizar el comportamiento del consumidor
•
Captar las necesidades de los clientes
•
Realizar un seguimiento de las tendencias del mercado
Esta primera fase facilitó la definición de productos de interés para ser estudiados y que se
adaptaran a las necesidades del mercado en cuanto a formatos de presentación, variedad de
productos, facilidad de preparación y que resultaran saludables.
Una vez definidos los productos, se procedió a la caracterización de cada una de las
referencias con el objetivo de definir sus atributos sensoriales y de alteración que puedan
afectar a la vida comercial de los productos seleccionados.
Esta caracterización se realizó mediante una evaluación objetiva de los parámetros, basada
en un sistema de puntuación numérico (Método Quality Index Method) y por tanto,
totalmente repetible. Se aplicó tanto en productos enteros como preparados, frescos y/o
cocinados.
Paralelamente se realizaron ensayos para determinar la presentación óptima para cada una
de las referencias seleccionadas. Se buscó la combinación comercial idónea de talla,
cantidad de producto, modo de presentación (lomo, filete, pelado, entero…) y formato de
presentación siempre teniendo en cuenta la premisa de producto cómodo y de calidad
garantizada para el consumidor.
65 Uno de los principales inconvenientes que surgieron fue la gran variabilidad de especies
que engloba el concepto productos del mar, y la gran diferencia de composición que existe
entre ellas. Esto supuso realizar más esfuerzos en esta primera etapa de los previstos en un
principio, para asentar bien las bases de las diversas fases del proyecto.
Una vez caracterizados los productos se iniciaron los ensayos de conservación, con el
objetivo de encontrar las condiciones que maximizaran la vida comercial de estos
productos, manteniendo unas buenas características sensoriales, microbiológicas y físicoquímicas.
Estas pruebas se diseñaron en base a diferentes técnicas y en algunos productos también se
plantearon a modo comparativo.
Las principales técnicas/tecnologías que se estudiaron, fueron:
−
Envasado en atmósfera protectora (MAP)
−
Altas presiones isostáticas
La tecnología MAP consiste en envasar un alimento en una atmósfera constituida por
mezclas de gases: dióxido de carbono (CO2), oxígeno (O2) y nitrógeno (N2) en distintas
proporciones en función de las características de cada producto.
La técnica MAP se aplicó tanto en productos del mar frescos como preparados, así como a
las diferentes especies (crustáceos, bivalvos, cefalópodos, pescado blanco y pescado azul).
En relación al método de conservación por altas presiones se realizaron pruebas con un
número inferior de productos. Se seleccionaron referencias de marisco crustáceo y pescado
blanco, que se caracterizan por ser productos de elevado potencial comercial y estratégico
para la empresa para la realización de esta prueba.
Al mismo tiempo se diseñaron nuevos productos en base a pescado con la finalidad de
aportar un valor añadido al sector de los productos del mar y equipararlo a otros sectores
más avanzados en este sentido (por ejemplo, el sector cárnico).
Los esfuerzos se centraron principalmente en crear una línea de productos preparados,
destinados en un principio, a restauración colectiva y que reunieran las características de ser
“cómodos” para los consumidores. Esto implica que deben ser de fácil preparación, larga
durabilidad, saludables y con formatos adecuados a la demanda del mercado.
También se formularon platos preparados y elaborados destinados a colectividades
especiales que precisan de productos que aporten soluciones (sin espina, de fácil
deglución…) y que puedan ser procesados mediante estos sistemas de conservación.
Una vez validadas las fórmulas y aceptados los diseños de cada desarrollo, se procedió a
realizar pruebas de conservación de estos nuevos productos. También se combinaron
técnicas de preparación de productos con pruebas de conservación con la finalidad de
potenciar sinergias.
66 Resultados: Después de realizar un seguimiento de las tendencias de mercado se concluyó
que el mercado actual demanda productos saludables, cómodos y rápidos de preparar.
Con estas premisas se seleccionaron una serie de productos representativos de los
productos del mar. Se incluyeron referencias de pescado azul (sardina, salmón, etc.),
pescado blanco (rape, dorada, bacalao, limanda, perca, etc.), cefalópodos (sepia, calamar,
pulpitos, etc.), marisco crustáceo (langostino, cigala, gamba langostinera, etc.) y marisco
bivalvo (mejillón y almeja), entre otros.
Una vez definidos estos productos se procedió a su caracterización con la finalidad de
conocer los parámetros de alteración que afectan a la materia prima y poder actuar así
mediante las técnicas de conservación que se incluyen en este proyecto.
Para la definición de los parámetros de alteración de las especies modelo seleccionadas se
utilizó la metodología QIM en aquellas especies en que está definida. Esta metodología está
basada en la evaluación de ciertos atributos del pescado fresco (branquias, ojos, piel…)
mediante un sistema de puntuación numérico, y por tanto repetible. De esta manera un
producto no puede ser rechazado por un único criterio sino que se valoran varios
simultáneamente.
En aquellos productos en que no había metodología específica, se adaptó la del producto
más similar. De esta manera, se realizó una caracterización de los atributos sensoriales de
cada especie estudiada para valorar su estado de frescor. Se realizó para productos enteros
o preparados (filetes, colas, brochetas, etc) y tanto en fresco como en cocido.
En fresco se definieron los parámetros siguientes: aspecto, olor y textura de la piel, pupilas
y forma de los ojos, color y olor de las agallas. Una vez cocido se evaluó: el color, olor,
flavor, jugosidad y textura (ver Anexo 1).
Considerando que se buscaba un tipo de envasado libre servicio que aporte comodidad al
consumidor (tanto a nivel de colectividades como consumidor final), también se realizaron
pruebas para determinar la presentación comercial ideal para cada uno de los productos.
Así se consideraron los siguientes factores: tipo de envase, modo de presentación, cantidad
de producto y talla (ver Anexo 2).
Paralelamente, se realizaron pruebas con la intención de mejorar los procesos post-pesca a
los que son sometidos algunos de los productos (pelado, eviscerado, decapitado…) y que
pueden afectar directamente a la calidad higiénica de los productos antes de su envasado.
Estas pruebas consistieron en la realización de una serie de ensayos con diferentes aditivos
con la finalidad de encontrar las dosis mínimas efectivas que nos permitieran garantizar una
calidad higiénica del producto previo tratamiento de conservación.
Estas pruebas se realizaron principalmente con:
–
Cefalópodos: Para evitar la oxidación de la carne y la piel, que aporta un color
atípico en estos productos.
–
Crustáceos: Para evitar la melanosis, reacción enzimática que supone
ennegrecimiento de los tejidos y que aporta un aspecto desagradable a estos
productos.
67 –
Pescado fresco, eviscerado o fileteado: Limpieza (higienización) de los
productos tras su eviscerado y manipulación.
En el caso de los crustáceos, los resultados obtenidos fueron muy satisfactorios en relación
al tratamiento antimelanósico, ya que hasta el momento los únicos aditivos efectivos frente
a la melanosis, eran aditivos formulados en base a sulfitos, un aditivo muy efectivo pero
altamente alérgeno y de fuerte olor. Por este motivo, se creyó interesante centrar esfuerzos
en encontrar una alternativa a su uso.
Tras la aplicación de un tratamiento con un aditivo formulado en base a un componente
diferente a los sulfitos, se consiguió retardar la aparición de la melanosis (concretamente en
cigalas) respecto a los mismos tratamientos pero usando el aditivo en base a sulfitos (ver
Anexo 3).
En relación a las pruebas de higienización realizadas en pescado fresco, los resultados no
fueron tan satisfactorios.
Se trataba de aplicar un lavado con agua estéril a diferentes referencias de pescado frescos
tras un eviscerado, fileteado, etc., con la finalidad de retardar la degradación sensorial y
microbiológica. Se observó que el efecto germicida del agua se perdía a los pocos segundos
de su fabricación por lo que su aplicación en planta es difícil.
Una vez definidos los factores que afectan a la vida comercial de las distintas referencias se
propusieron y se diseñaron las pruebas de conservación basadas en el desarrollo de
tecnologías emergentes para aumentar la vida útil del pescado fresco y platos preparados en
base a productos de la pesca. Se realizaron pruebas con las tecnologías MAP (envasado en
atmósfera protectora) y alta presión.
En el caso de las pruebas con tecnología MAP, las muestras se presentaron en un envase de
plástico termosellado. Debido a que existen gran cantidad de posibilidades en cuanto a
opciones de tamaño, materiales, formas, etc. se decidió a realizar pruebas de formato
destinadas a definir las mejores opciones para cada referencia.
En las pruebas de aplicación de altas presiones se requería un tipo de envasado sin aire o en
el caso de aquellos productos de gran tamaño que aguanten el contacto con el agua, se
puede realizar el tratamiento directamente al producto sin envasar. De esta manera, para
las muestras susceptibles que pueden ser tratadas por altas presiones se realizaron pruebas
de presentación en vacío, skin, envase plástico precintado con salmuera, y con producto
directamente sin envasado.
Estos primeros ensayos sirvieron para descartar la presentación en vacío debido a que le
confería un aspecto poco agradable debido al desprendimiento de líquidos (ver Anexo 4).
Por este motivo los ensayos de alta presión se llevaron a cabo con las opciones restantes.
En los ensayos realizados mediante MAP, se definieron los parámetros críticos que pueden
condicionar la calidad del producto envasado, como son la combinación de gases (O2, CO2
y N2), volumen gases vs peso, tipo de envase, temperaturas de envasado y conservación (en
refrigeración) y especie de pescado. De esta manera las pruebas se plantearon como la
realización de varias series de diferentes combinaciones entre estos parámetros, para cada
68 uno de los grupos de especies a estudiar, y que se fueron evaluando a lo largo del tiempo.
Las referencias se valoraron tanto en estado fresco como cocinadas.
Debido a las diferencias de composición entre las referencias de un mismo grupo fue
necesario considerar las particularidades de cada especie. Concretamente, en el caso del
pescado azul se observaron problemas de oxidación que afectan directamente al color del
producto. Así, fue necesario ajustar muy bien la combinación de gases con la presentación
del producto y la calidad de la materia prima.
Los resultados obtenidos en cuanto a caducidad fueron satisfactorios. Mediante estas
pruebas se evidenció que la vida útil de la mayoría de las referencias envasadas en MAP era
superior a la de los productos envasados en aire en cuanto a recuentos microbiológicos se
refiere, por lo que se evidencia una disminución del crecimiento microbiano.
En cuanto a especies, los mejores resultados se obtuvieron en los pescados blancos,
seguidos de los observados en cefalópodos, moluscos, crustáceos y por último los pescados
azules.
En el caso de los productos tratados por alta presión se seleccionaron productos frescos de
alto valor comercial (tanto pescado blanco como marisco), cefalópodos y marisco
envasados en salmuera (semiconserva) y una referencia de cefalópodo precocinado
(producto desarrollado en este proyecto) y productos preparados (brochetas).
Tal y como se comentó anteriormente y previo al tratamiento con altas presiones, se
envasó pescado blanco, brochetas y cefalópodos precocinados en skin. Los crustáceos y los
cefalópodos se envasaron en un envase de plástico precintado con salmuera (semiconserva)
y se reservaron los crustáceos de mayor tamaño para aplicar el tratamiento directamente en
el agua del tanque de presión.
Los resultados de la aplicación de esta técnica en cuanto a caducidad también fueron muy
satisfactorios. La vida útil se alargó considerablemente en todos los casos en relación a la
caducidad establecida para estos productos. No obstante, las características sensoriales se
alteraron ligeramente, dando un aspecto atípico a las muestras tratadas que recuerda al
producto cocido.
En el caso de los productos en salmuera, el líquido quedó opaco, confiriendo un aspecto
desagradable a este tipo de presentación.
En el caso de los cefalópodos, la textura y el calor se vieron afectados negativamente. Los
mejores resultados se obtuvieron con los crustáceos en los cuales se pudo triplicar su vida
útil sin verse apenas afectadas las características sensoriales.
Estas pruebas también se plantearon a modo comparativo entre las tecnologías MAP y alta
presión para alguno de los productos estudiados. Se trata de productos frescos (filete de
rape) y en platos preparados a base de productos del mar (cefalópodos precocinados).
En el caso de los productos frescos las pruebas realizadas con alta presión proporcionaron
mejores resultados en cuanto a vida útil que las pruebas realizadas con MAP. Sin embargo,
el tratamiento por alta presión confirió al producto aspecto a cocido (ver Anexo 5).
69 En el caso de los productos elaborados, como cefalópodos precocinados también se
aumentó su vida útil en refrigeración con la tecnología alta presión en comparación con el
envasado MAP. En este caso también la aplicación de la alta presión cambió las
propiedades sensoriales del producto ya que la textura se vio afectada negativamente.
La aplicación de la alta presión en crustáceos aparte de aumentar la vida útil facilitó su
pelado (ver Anexo 6).
Paralelamente a las pruebas de conservación se diseñaron nuevas formulaciones de platos
preparados en base a productos de la pesca.
En un principio se basó en la revalorización de productos que pudieran aportar soluciones
a los consumidores, siempre bajo la premisa de producto saludable, de alta calidad y fácil
preparación.
A la hora de diseñar y formular los productos y los modos de presentación, se consideró
que el producto resultante aportara comodidad y seguridad alimentaria.
Se trabajó en las siguientes líneas de desarrollo:
–
Brochetas de productos del mar (pescado, cefalópodos y crustáceos)
–
Hamburguesas de productos del mar (pescado y cefalópodos)
–
Producto precocinado a base a cefalópodos
–
Salchichas de pescado (tipo frankfurter)
En el caso de las brochetas de productos del mar se intentó desarrollar una línea de
productos que recordase a las brochetas elaboradas a partir de carne. De esta manera se
escogió como base, las brochetas de rape ya que se trata de un pescado blanco que por sus
características de textura y sabor neutro recuerda menos al pescado.
A continuación se realizaron una serie de marinados a partir de fórmulas comerciales de
empresas de aditivos y especias con la finalidad de realizar una selección para el desarrollo
de nuevos productos.
Para seleccionar las fórmulas más adecuadas se realizaron una serie de sesiones de cata a
nivel de empresa que fueron la base de las futuras aplicaciones.
En cuanto a las hamburguesas y a las salchichas de pescado, era una línea de productos
pensada para colectividades que demandaban productos saludables, muy homogéneos y
estandarizados. Por otro lado, eran de interés potencial para la empresa ya que supone la
revalorización de subproductos de la pesca de alta calidad que por motivos de presentación
no son aptos para venta directa (ver Anexo 7).
En el caso de las hamburguesas se desarrollaron dos líneas de producto, una en base a rape
y otra en base a cefalópodos.
Ambos productos se caracterizaban por tener un sabor neutro que no recordaba al
pescado. Este era un punto importante a tener en cuenta juntamente con la textura, debido
al sector de población para el que está pensado este producto. En cuanto a la formulación
de los productos, hubo dificultades para lograr la gelificación de las proteínas.
70 Finalmente se consiguió una fórmula y un proceso estable y reproducible para ambas
referencias y de sabor agradable.
Paralelamente y como consecuencia de los problemas observados en la gelificación de las
proteínas para los reestructurados de pescado, se pensó como solución aplicar una cocción
a una emulsión de pescado de textura más fina, para facilitar la coagulación de las proteínas.
De esta manera se preparó un prototipo de producto similar a las salchichas tipo frankfurter
pero en base a pescado. Es importante destacar la limitación que supone la utilización de
pescado azul en este tipo de producto ya que la potenciación del sabor observada después
de la cocción resultó poco aceptable.
En este caso también se tuvo en cuenta el uso de aromas para que el producto recordase
poco a pescado y sí a carne y a ahumado.
Como resultado de estas pruebas de formulación de nuevos productos en base a productos
de la pesca se obtuvieron algunos prototipos potencialmente interesantes que se
continuaran desarrollando y que encajan con las premisas establecidas a lo largo del
proyecto (ver Anexo 8).
Conclusiones:
•
•
•
En cuanto a la aplicación de nuevas tecnologías de envasado en productos en base
a pescado, se ha alcanzado un conocimiento exhaustivo de los parámetros de
alteración de los principales productos de la pesca en su fase de materia prima y se
ha logrado obtener mezclas óptimas de gases (CO2, O2, N2) para su envasado en
MAP lo cual permite aumentar la vida útil y mejorar la seguridad alimentaria de los
productos envasados. Se han ampliado las posibilidades de negocio en una gran
variedad de productos presentados en diferentes formatos (envases, cantidades…).
La aplicación de las altas presiones ha permitido alargar la vida comercial de los
productos en base a pescado respondiendo así a la demanda actual del mercado. Se
ha apostado por el diseño y desarrollo de nuevas fórmulas de platos preparados que
puedan tratarse por altas presiones con el objetivo de obtener productos de fácil
preparación, saludables y adaptados al estilo de vida actual.
Los resultados obtenidos han permitido posicionarse estratégicamente en un
mercado emergente de productos del mar envasados para la venta en libre servicio.
5.2.4
Tarea 2.4. Estudio de diferentes tipos de procesos de alta presión
isostática en la estabilidad del foie-gras y en la inactivación de su flora
microbiana (Innoducky, S.L e IRTA).
Objetivos: El objetivo principal planteado en este proyecto ha sido evaluar la aplicación de
las altas presiones en un producto en base a foie gras para mejorar su vida útil.
Éste objetivo general se subdividió en los siguientes objetivos parciales:
71 •
Determinar los factores que afectan a la estabilidad de la emulsión del foie-gras
tratado por altas presiones. Establecer los parámetros de clasificación de la materia
prima según su calidad.
•
Formular el foie-gras de forma que mejore la estabilidad de la emulsión frente a los
tratamientos por alta presión. Estudiar la congelación y el tratamiento térmico
suave del foie gras previo a la presurización como elementos estabilizadores de la
emulsión.
•
Optimizar los parámetros de los tratamientos de alta presión (presión, temperatura,
tiempo), en relación a las propiedades sensoriales, culinarias y de vida útil del foiegras.
•
Estudiar la inactivación de microorganismos patógenos por alta presión en foiegras, y la equivalencia química entre productos no tratados por alta presión y
productos presurizados.
Resumen ejecutivo: El hígado de pato es un producto muy heterogéneo en cuanto a
contenido de proteínas, grasas e hidratos de carbono. Por esta razón, se decidió evaluar
otros factores de calidad tales como el tiempo de embocado, tipo de alimentación, tipo de
evisceración y tiempo transcurrido entre el eviscerado y la fabricación del producto.
Con los parámetros de calidad fijados se elaboró un producto reconstituido a partir de foiegras, llamado bloc de foie-gras que sirvió como base de todas las pruebas.
Los parámetros físico-químicos de textura, color y pH del bloc de foie-gras que se
determinaron en distintos procesos de presurización, sirvieron de base para determinar la
mejor combinación presión/tiempo, que posteriormente se utilizó para el resto de los
ensayos.
Desde el inicio del proyecto se realizaron varios estudios microbiológicos del producto y de
vida útil, dónde se evaluó el efecto de las altas presiones en las bacterias ácido-lácticas,
aerobios mesófilos y enterobacterias del bloc de foie-gras.
Durante el periodo de almacenamiento del producto en refrigeración, se observó un
exudado en el interior de la bolsa al vacío. Para reducir este problema, se comparó, el
envase tipo Skin con la bolsa al vacío. Se evaluaron parámetros sensoriales, físico-químicos
y microbiológicos del producto a lo largo de su almacenamiento.
Para reducir el coste del tratamiento térmico se estudió la disminución del tiempo de
cocción, combinándolo con el tratamiento por alta presión. En este ensayo también se
estudió el efecto de la congelación del producto previo a la presurización.
Con los envases y parámetros de pasteurización ya definidos, y en 2 ensayos
independientes, se estudiaron, respectivamente y durante el periodo de almacenamiento en
refrigeración:
–
El efecto de la iluminación (en condiciones que simulaban un expositor
comercial) sobre el color en producto pasteurizado y no pasteurizado.
72 –
El efecto de la presurización sobre la calidad sensorial del bloc de foie-gras.
Se realizó un estudio de equivalencia química, donde se compararon los parámetros físicoquímicos de contenido de grasa, proteína y vitaminas y grado de oxidación de producto
presurizado y sin presurizar. En el segundo ensayo se realizó un estudio de inoculación de
patógenos (challenge test), en el que se inoculó un cóctel de cepas de Salmonella enterica y
Listeria monocytogenes en un bloc de foie-gras y, posteriormente, se presurizó con la
combinación de presión y tiempo seleccionados. Con este ensayo se determinó la capacidad
que tienen estos dos microorganismos para crecer y/o sobrevivir en este producto.
Resultados: La textura y color de las muestras de bloc de foie-gras no se modificaron
debido al tratamiento de presurización aplicado. En cuanto a los parámetros
microbiológicos se observó que los recuentos de bacterias ácido-lácticas y de aerobios
mesófilos se mantuvieron a lo largo de su vida útil en valores bajos en aquellas muestras
que fueron tratadas por alta presión, mientras que las muestras que no se presurizaron
presentaron valores superiores al final del tiempo de almacenamiento. En cambio, no se
apreció ningún efecto de la presurización sobre las enterobacterias ya que éstas no
crecieron a lo largo de la vida útil ni en las muestras presurizadas ni en las muestras no
presurizadas.
También se observó que el envase tipo skin ayudó a la conservación del producto, ya que el
hecho de utilizar temperaturas elevadas para la extensión del film superior supuso una
reducción de la carga microbiológica en la capa exterior del producto y por lo tanto una
mejora en la calidad del producto final.
En base a estos resultados se decidió cambiar el tipo de envasado, pasando de un envasado
en bolsa al vacío a un envasado tipo skin. Ello supuso una gran inversión en las
instalaciones ya que se cambió todo el sistema de envasado industrial (Figura 5.2.15). Con
el cambio a este último sistema, se mejoró la calidad tanto microbiológica como sensorial
del producto acabado.
Figura 5.2.15. Imagen de la máquina termoformadora tipo skin
adquirida por Mas Parés.
Los resultados en los ensayos de la mejora de la rentabilidad del proceso térmico no fueron
satisfactorios ya que la disminución del tiempo de cocción provocó cambios importantes
73 en la textura. Por el contrario, la congelación previa del producto, no produjo cambios
importantes en calidad microbiológica, físico-química y sensorial.
La aplicación de luz provocó cambios en el color del bloc de foie-gras. Se encontraron
diferencias en el color rojo entre las muestras almacenadas a oscuras y las almacenadas con
iluminación (12 h en 1200 lux). Por el contrario, el tratamiento de presurización no
provocó cambios de color en las muestras sometidas o no a iluminación (Figura 5.2.16).
Figura 5.2.16. a) Muestras de bloc de foie-gras tratadas por alta presión y almacenadas en refrigeración con y sin luz.
b) muestras de bloc de foie-gras no tratadas por alta presión almacenadas también en refrigeración con y sin luz.
Respecto al efecto de los factores de fabricación del bloc de foie-gras (presurización,
congelación previa del producto y reducción del tiempo de cocción previa) sobre los
parámetros sensoriales evaluados por el panel entrenado del IRTA, únicamente la
reducción del tiempo del tratamiento térmico durante la fabricación del producto, dio lugar
a cambios significativos en las características sensoriales, concretamente en la disminución
de la dureza dando lugar a un producto más blando.
En el estudio de equivalencia química se observó que no hubo cambios nutricionales
debidos a la presurización.
Se observó que la oxidación del producto varía en función del tiempo y de los lotes de
fabricación. El producto, a los 90 días de conservación, presentó, en tres de los cuatro lotes
estudiados, valores del índice de oxidación TBA (Malonaldehído (MDA))
significativamente superiores a los del día 1 independientemente de si fueron tratados o no
por alta presión (Tabla 5.2.4).
Tabla 5.2.4. Medias de TBARES (ug MDA/g muestra) en función del lote y día de muestreo.
a-b: letras diferentes en una misma columna indican diferencias significativas (P<0,05)
74 En el caso del challenge test se apreció que el tratamiento de presurización utilizado fue
suficiente para prevenir el crecimiento de Listeria monocytogenes y Salmonella enterica en un bloc
de foie-gras en las condiciones de almacenamiento previstas.
En la Figura 5.2.17 se observa que el tratamiento de alta presión realizado en este tipo de
muestras, ejerció un efecto bactericida inmediato y que a lo largo de la vida útil de éste, L.
monocytogenes no creció, y por lo tanto difícilmente significaría un riesgo para el consumidor
ya que los recuentos estuvieron por debajo del límite de detección.
Figura 5.2.17. Evolución de L. monocytogenes en el Bloc de foie-gras para las muestras tratadas por alta presión (HPP+), control y el perfil
de temperatura durante el almacenamiento de éstas.
En la Figura 5.2.18 se observa que Salmonella muestra un comportamiento análogo. Este
microorganismo no fue capaz de crecer en aquellas muestras que fueron presurizadas y por
tanto el proceso de presurización ejerció un efecto bactericida inmediato.
Figura 5.2.18. Evolución de Salmonella en Bloc de foie-gras tratado por alta presión (HHP+) o no tratado (control) y perfil de temperatura a
lo largo del estudio de Challenge Test.
Conclusiones:
•
Las condiciones óptimas para la obtención del foie-gras apto para la fabricación del
bloc de foie-gras fueron las siguientes:
–
–
Tiempo de embocado: 13-14 días.
Tipo de alimentación: mixta (50% pasta + 50% grano de maíz).
75 –
–
Tipo de evisceración: caliente.
Tiempo transcurrido (días) entre el eviscerado y la producción del producto
inferior a 4 días.
•
Los parámetros evaluados de textura y color no se ven modificados por la
aplicación de las altas presiones al bloc de foie-gras.
•
El envase tipo Skin definido en el proyecto mejora la calidad microbiológica y
sensorial del bloc de foie-gras.
•
La reducción del tiempo de tratamiento térmico del bloc de foie-gras provoca
cambios apreciables en la textura tanto en muestras presurizadas como sin
presurizar dando como resultado un producto más blando.
•
Se observa una reducción del color rojo en aquellas muestras de bloc de foie-gras
almacenadas durante 90 días a 1200 lux durante 12h diarias con respecto a otras
almacenadas a oscuras. El color no se ve afectado por el tratamiento de alta presión
aplicado.
•
La presurización del producto no modificó las características sensoriales.
•
Los parámetros nutricionales como el contenido de proteína, grasa, ácidos grasos
y % vitaminas y el estado de oxidación, no variaron debido a la presurización del
producto bajo las condiciones de ensayo evaluadas.
•
La presurización aplicada ejerce un efecto bactericida inmediato para aquellas
muestras inoculadas con Salmonella enterica y Listeria monocytogenes.
5.2.5
Tarea 2.5. Pasteurización por alta presión en productos cárnicos
(Covap e IRTA).
Objetivos: Los productos crudos curados de tradición mediterránea, como el jamón
curado, tienen un potencial exportador muy importante, por tratarse de productos de muy
alta calidad sensorial y nutritiva, que en sus presentaciones envasadas (loncheados, tiras,
tacos, etc.), presentan las características demandadas por los consumidores actuales
(comodidad, listo para comer, combinación fácil con otros alimentos).
Al mismo tiempo, la rigidez de las normativas sanitarias y criterios microbiológicos de otros
países suele ser una barrera que dificulta la exportación del jamón curado y otros productos
listos para el consumo, a no ser que se apliquen tratamientos higienizantes después de su
envasado. En la práctica, la principal barrera sanitaria a la exportación, es la dificultad de
cumplir estrictamente con la “tolerancia cero” en relación a la presencia de Listeria
monocytogenes en los alimentos listos para el consumo.
En el jamón curado, los procesos térmicos no son aplicables debido a los cambios que
provocan en el producto (alteración extrema del aspecto, color y textura, fusión de las
grasas y fuerte aumento del sabor salado). Por ello, la mejor alternativa disponible
actualmente para higienizar el jamón curado envasado es la pasteurización fría mediante
76 altas presiones. Aunque el procesado por altas presiones se aplica en algunos productos
cárnicos listos para el consumo, la disponibilidad de datos científicos que permitan evaluar
con precisión la eficacia higienizante en el jamón curado español y su impacto a nivel
sensorial, es aún insuficiente.
En este marco, los objetivos planteados en el proyecto incluían:
•
•
•
Estudiar la pasteurización en frío por altas presiones del jamón curado ibérico para
garantizar su seguridad alimentaria frente a los principales patógenos de interés y,
especialmente para garantizar la ausencia de Listeria monocytogenes, exigida por los
principales mercados de exportación de este producto y que no se puede obtener de
forma adecuada por otros procedimientos.
Mejorar la calidad sensorial del jamón curado ibérico a lo largo de su vida
comercial, por reducción de la población y de la actividad de los principales grupos
de microorganismos de alteración de este producto.
Verificar la capacidad bacteriostática del producto tratado por alta presión durante
la vida comercial.
Resumen ejecutivo: Los trabajos de investigación desarrollados en el marco del proyecto
se plantearon con el objetivo de estudiar y aportar datos sobre la eficacia de las altas
presiones en relación a la inactivación de microorganismos indeseables (patógenos y
alterantes) en el jamón curado, así como evaluar el impacto de esta tecnología en las
características físico-químicas y sensoriales de estos productos cárnicos curados, justo
después del tratamiento y a lo largo de su almacenamiento.
Se realizó la caracterización del jamón curado ibérico producido por COVAP mediante
análisis físico-químicos, incluyendo la composición nutricional, del producto curado y la
caracterización de la microbiota presente en dos momentos importantes en el proceso de
curación del jamón: la etapa de postsalado y la etapa de maduración en bodega. El
seguimiento de la microbiota presente en el producto desde la fase inicial, permitió
identificar microorganismos alterantes, presuntamente relacionados con problemas de cala,
y que fueron incluidos en el estudio del efecto del tratamiento de alta presión para la
pasteurización en frío del jamón curado ibérico de COVAP.
Se realizaron ensayos preliminares de presurización evaluando la resistencia a la alta presión
de diferentes cepas de microorganismos patógenos (Listeria monocytogenes) y alterantes
(Serratia liquefaciens y Enterococcus spp.). Destaca la moderada resistencia a los tratamientos de
alta presión de la cepa L. monocytogenes CTC 1034, de la colección del grupo de investigación
IRTA y previamente aislada de jamón curado, resultando ser un buen organismo indicador
y por tanto utilizada en el trabajo experimental de la segunda mitad del proyecto.
Se completaron estudios sobre el efecto del tratamiento de alta presión sobre los patógenos
y microorganismos alterantes inoculados en jamón curado ibérico loncheado con el fin de
determinar el grado de inactivación bacteriana conseguido a diferentes condiciones de
procesado (combinación de presión, tiempo y temperatura). A partir de los resultados de la
caracterización microbiológica proporcionados por la empresa y los ensayos de
77 presurización realizados, se planificó el diseño experimental de los experimentos sucesivos
del proyecto.
El estudio comparativo realizado sobre la idoneidad de distintos materiales de envasado
para jamón ibérico curado loncheado destinado a tratamientos de alta presión, permitió
seleccionar el envasado tipo “Skin” (Cryovac), con barrera EVOH, como el sistema más
apropiado para realizar los estudios de vida útil en productos ibéricos curados procesado
por alta presión en comparación con los productos sin procesar.
Se estudió la influencia de la actividad de agua (aw) del jamón curado en el grado de
inactivación de L. monocytogenes por alta presión. Los resultados evidenciaron la relevancia
de las características físico-químicas de los productos cárnicos. Así, los productos con
valores inferiores de aw evidenciaron una disminución de la eficacia bactericida de la alta
presión contra L. monocytogenes, en comparación con los productos con valores superiores de
aw.
Se realizaron diversos estudios “challenge test” para evaluar la capacidad
bactericida/bacteriostática frente a L. monocytogenes de diferentes productos ibéricos curados
(paleta ibérica de recebo curada, paleta ibérica de bellota curada, lomo ibérico curado y
chorizo ibérico) procesados por alta presión en comparación con los productos sin
procesar durante la vida útil de los mismos. Los resultados obtenidos aportan datos
científicos que validan la capacidad bacteriostática e incluso bactericida de estos productos,
provocando una reducción significativa de los niveles de L. monocytogenes inoculada. Sin
embargo, parece que sólo con el tratamiento de alta presión se conseguiría la ausencia en 25
g en una parte importante del número de muestras analizadas durante el posterior
almacenamiento. Paralelamente, se evaluó el efecto de la alta presión en las características
físico-químicas y sensoriales de los mismos productos. El procesado por alta presión sólo
provocó ligeros cambios en algunos atributos específicos, pero no ejerció ningún efecto
significativo en cuanto a la puntuación hedónica global ni en las características físicoquímicas.
Resultados: Los resultados más relevantes obtenidos durante el desarrollo del proyecto se
describen a continuación.
•
Caracterización de jamón ibérico curado producido por COVAP.
Se realizaron análisis físico-químicos, incluyendo la composición nutricional, del producto
curado y la caracterización de la microbiota presente en dos momentos importantes en el
proceso de curación del jamón: la etapa de postsalado y la etapa de maduración en bodega.
El seguimiento de la microbiota presente en el producto desde la fase inicial, nos permitió
identificar microorganismos alterantes, presuntamente relacionados con problemas de cala,
y que se incluyeron en el estudio del efecto del tratamiento de alta presión para la
pasteurización en frío del jamón COVAP.
•
Estudio de la inactivación por alta presión de microorganismos patógenos y
alterantes relevantes para el jamón ibérico curado.
78 Siguiendo el diseño experimental planteado como resultado de la subtarea 2.5.1, se estudió
Listeria monocytogenes como microorganismo patógeno y Serratia liquefaciens y Enterococcus
como microorganismos relacionados con fenómenos de alteración.
–
Inactivación de Listeria monocytogenes en jamón curado tratado por alta presión
en función del tiempo de tratamiento.
La inactivación por AP de Listeria monocytogenes CTC1034 inoculada en paleta ibérica curada
loncheada (a razón de 106-107 ufc/g) presentó una tendencia lineal hasta los 25 min
aproximadamente. Aunque algunos de los tratamientos ensayados han conseguido
reducciones de hasta 6 unidades logarítmicas (6D), tratamientos de 600MPa más
prolongados, no consiguieron la eliminación total del patógeno (ausencia en 25g) ya que se
detectó presencia de L. monocytogenes después del enriquecimiento de las muestras.
–
Evaluación de la inactivación de Serratia liquefaciens en jamón ibérico curado
loncheado procesado por alta presión.
Se estudió la influencia de diferentes combinaciones de presión (entre 450 y 750 MPa),
temperatura (7,6 – 24,4 ºC) y tiempo (2,3 y 15,8 min) de tratamiento en la supervivencia de
la cepa de S. liquefaciens seleccionada (previamente aislada del producto (jamón ibérico
COVAP) e inoculada en las lonchas de paleta ibérica curada a razón de 106 – 107 ufc/g.
Presiones del orden de 450 MPa provocan una disminución significativa de los recuentos
de S. liquefaciens. Fueron necesarios tratamientos a presiones superiores (e.g. 600 MPa) para
conseguir al menos en alguno de los replicados la ausencia de la bacteria inoculada (límite
de detección 5 ufc/g). A la luz de los resultados, la resistencia a la alta presión isostática de
esta especie de la familia de las enterobacterias es muy inferior al patógeno Listeria
monocytogenes estudiado con anterioridad, por lo que se estima que cualquier tratamiento
aplicado para mejorar la seguridad del producto será suficiente para inactivar este grupo de
microorganismos de alteración.
–
Evaluación de la inactivación de Enterococcus faecalis en jamón ibérico curado
loncheado procesado por alta presión.
A partir de los resultados de los experimentos preliminares, se seleccionó una cepa de E.
faecalis CTC8000, con capacidad tiraminogénica y con factores de virulencia. Se inoculó en
las lonchas de paleta ibérica curada a razón de 106 – 107ufc/g para evaluar su resistencia a
diferentes tratamientos de diferente presión (entre 450 y 750 MPa), temperatura (7,6 – 24,4
ºC) y tiempo (2,3 y 15,8 min). Los resultados obtenidos indican que son necesarios
tratamientos a presiones de 600 MPa o superiores para producir reducciones significativas,
por lo que el enterococo se mostró mucho más baroresistente que la enterobacteria
alterante (S. liquefaciens) estudiada con anterioridad. Aunque la intensidad del tratamiento
fue un factor determinante del grado de inactivación, la influencia del tiempo de
tratamiento fue relevante, especialmente a presiones elevadas. A la luz de los resultados, y a
diferencia de lo ocurrido con L.monocytogenes, podrían justificarse tratamientos más
prolongados para maximizar el efecto de la alta presión frente los enterococos.
•
Estudio comparativo de la idoneidad de materiales de envasado para productos
ibéricos curado loncheado destinado a tratamientos de alta presión.
79 Se evaluaron diversos materiales de envasado proporcionados por distintos fabricantes,
incluyendo sistemas como:
–
poliamida/polietileno extrusionado (PA/PE) o con poliamida orientada
laminada (OPA/PE),
–
polietileno tereftalato con una capa de poliéster metalizado (PETmet/PE),
–
polietileno tereftalato/aluminio/polietileno (PET/ALU/PE),
–
barrera de etilen vinil alcohol (EVOH) en envasado tipo “Skin”.
Las lonchas de paleta ibérica curada se envasaron con los distintos materiales y se
sometieron a diferentes tratamientos de alta presión (entre 400 y 600 MPa, de 5 a 15 min) y
se almacenaron a 1ºC hasta 3 meses. El análisis sensorial, realizado en varias sesiones,
inmediatamente después del tratamiento y a lo largo del almacenamiento, puso de
manifiesto el efecto del envase sobre algunas propiedades sensoriales (como el color y el
flavor) en las muestras envasadas con bolsas de (O)PA/PE y PETmet/PE, en
comparación con las de PET/ALU/PE y de barrera EVOH. La textura se vio afectada por
la alta presión pero la influencia del material del envase fue menos relevante. El envase tipo
Skin con barrera EVOH se mostró como el más indicado para la realización de los estudios
de vida útil previstos para la segunda parte del proyecto.
•
Influencia de la actividad de agua (aw) del producto en la inactivación de L.
monocytogenes por altas presiones en jamón ibérico curado loncheado.
El comportamiento de L. monocytogenes frente a las AP se estudió en jamón curado de aw alta
(0,92) y baja (0,88). Las lonchas de jamón se inocularon con 106-107 ufc/g del patógeno y se
sometieron a un tratamiento de 600MPa (5 min). La alta presión redujo los recuentos de L.
monocytogenes del orden de 3 y 1 unidades logarítmicas en el producto con mayor y menor aw,
respectivamente. La diferente efectividad de la alta presión en productos con distinta aw
podría explicarse por la baroprotección que, una baja aw, confiere a las células del patógeno.
La aw del producto también fue determinante del comportamiento del patógeno durante el
posterior almacenamiento de las muestras en refrigeración. En las muestras sin presurizar
sólo se observó una ligera disminución en el jamón curado con valores inferiores de aw. En
el caso de los productos tratados por alta presión, se observó una tendencia a la
disminución de los niveles de L.monocytogenes con una intensidad muy distinta según el tipo
de producto. Así, en el jamón de aw superior, la reducción del patógeno posterior a la alta
presión fue mucho más pronunciada, del orden de 3,65 Logs, en comparación con la
reducción de 1 Log observada en el de aw inferior.
•
Estudio de vida comercial del jamón ibérico curado loncheado procesado por alta
presión en comparación con el producto sin tratar. Verificación de la capacidad
bacteriostática/bactericida del producto y el tratamiento por alta presión.
Se estudió el comportamiento de L. monocytogenes (mezcla de tres cepas) frente a la alta
presión después de su inoculación en paleta curada loncheada, proveniente de cerdo ibérico
con dos tipos de alimentación: bellota y cebo. Paralelamente, se estudió la influencia del
80 procesado por alta presión en las características físico-químicas y sensoriales de los mismos
productos, tratados y sin tratar.
El producto mostró cierta capacidad bactericida provocando una reducción inmediata del
número de L. monocytogenes. Durante el almacenamiento, se observó una tendencia a la
reducción de los niveles de L. monocytogenes en las lonchas de paleta ibérica curada, lo que
coincide con la posible capacidad bactericida del producto y las condiciones ensayadas. Sin
embargo, cabe destacar que la ausencia en 25g del patógeno sólo se obtuvo de forma
mayoritaria en los productos procesados por altas presiones.
Las resultados sobre la caracterización físico-química de las muestras evidenciaron ligeras
diferencias en algunos parámetros (e.g. porcentaje graso y composición de ácidos grasos)
según el tipo de producto, debidas a la alimentación del animal de procedencia. Sin
embargo, no se detectaron diferencias relevantes debidas a la aplicación de la alta presión.
A nivel sensorial, las muestras presurizadas se caracterizaron por presentar ligeras
diferencias en algunos atributos particulares respecto de las muestras no tratadas por alta
presión. En cuanto a la puntuación hedónica de las muestras, no se observaron diferencias
significativas.
•
Verificación de la capacidad bacteriostática de productos ibéricos curados y efecto
bactericida del tratamiento por alta presión durante la vida comercial de los
productos.
Se estudió el comportamiento de L. monocytogenes (mezcla de tres cepas) frente a la alta
presión en chorizo y lomo ibéricos curados, durante la vida comercial de los mismos.
Paralelamente, se estudió el impacto del procesado por alta presión en las características
físico-químicas y sensoriales de los mismos productos, tratados y sin tratar.
Los productos estudiados mostraron cierta capacidad bactericida, provocando una
reducción inmediata en L. monocytogenes, así como una tendencia a la disminución a lo largo
del almacenamiento que puede relacionarse con un ligero efecto bactericida de los
productos derivado de sus características físico-químicas (i.e. baja actividad de agua).
La aplicación de la alta presión causó una importante reducción inmediata del patógeno,
hasta niveles próximos o inferiores al límite de detección en placa en la mayoría de
muestras. Además, la ausencia en 25g del patógeno se obtuvo principalmente en los
productos procesados por altas presiones.
En general no se observaron efectos relevantes ni significativos del tratamiento de
presurización en las características físico-químicas de los productos estudiados.
En cuanto a las características sensoriales de los productos estudiados a tiempo cero (justo
después del tratamiento), el efecto de la alta presión fue prácticamente nulo en las muestras
de chorizo. En el lomo, las muestras tratadas por alta presión se caracterizaron por
presentar ligeras diferencias en algunos atributos concretos en comparación con las
muestras no tratadas por alta presión. Según la evaluación conjunta de los resultados de la
evaluación sensorial (incluyendo todas las muestras a lo largo de los 6 meses de
81 almacenamiento), las diferencias en la puntuación hedónica entre las muestras tratadas y sin
tratar no fueron significativas en ninguno de los dos productos estudiados.
Conclusiones: La caracterización físico-química y microbiológica de los jamones ibéricos
curados producidos por COVAP permitió identificar los microorganismos más relevantes
en relación al deterioro (Serratia liquefaciens y Enterococcus spp.) y la seguridad (Listeria
monocytogenes).
La evaluación preliminar desde el punto de vista sensorial del jamón ibérico curado
loncheado tratado por alta presión indicó una cierta afectación en determinados aspectos a
medida que aumentaba la intensidad del tratamiento. Se detectó un efecto importante del
envase sobre algunas propiedades del producto, lo que indica la necesidad de seleccionar un
material de envase adecuado para los productos destinados a ser tratados por alta presión
(e.g. material barrera que incluya etilen vinil alcohol (EVOH)).
De los resultados del estudio de la inactivación de microorganismos relacionados con
fenómenos de alteración del jamón curado, se ha observado la importancia, no sólo de la
intensidad de presurización sino también del tiempo de tratamiento en el grado de
inactivación de enterococos. Enterococcus faecalis se ha mostrado mucho más resistente que la
enterobacteria estudiada (Serratia liquefaciens).
El estudio de la influencia de la aw en el comportamiento de L. monocytogenes frente a las altas
presiones, ha evidenciado la relevancia de las características físico-químicas de los
productos cárnicos en el grado de inactivación bacteriana mediada por la alta presión. En
este sentido, los productos con valores de aw menores ejercen un marcado efecto
baroprotector, es decir disminuyen la eficacia bactericida de la alta presión en comparación
con los productos de mayor aw.
Los resultados obtenidos en relación al estudio de vida útil (“challenge test”) en los productos
ibéricos curados elaborados por COVAP (paleta, chorizo y lomo) aportan datos científicos
que validan la capacidad bacteriostática e incluso bactericida de la alta presión, provocando
una reducción significativa de los niveles de L. monocytogenes inoculada. Sin embargo, parece
que sólo con el tratamiento con alta presión se conseguiría la ausencia en 25 g en un parte
significativa del número de muestras durante el posterior almacenamiento.
Desde un punto de vista práctico en relación a las exigencias sanitarias para una posible
exportación de los productos estudiados, la aplicación de las AP como tratamiento
listericida post-procesado de los productos ibéricos curados cumpliría con los
requerimientos de la alternativa 1 especificada en la Listeria interim final rule, 9 CFR 430.4(b)
del Food Safety and Inspection Service (FSIS) de la administración americana.
Además de los resultados sobre la caracterización físico-química y sensorial de los
productos presurizados, se puede deducir que el efecto del procesado por alta presión sólo
provoca ligeros cambios en algunos atributos específicos pero no así en la puntuación
hedónica global. Sólo un estudio de consumidores podría dilucidar si estos cambios serían
detectados de forma significativa.
82 5.2.6
Tarea 2.6. Alta presión en combinación con sistemas de secado
(Casademont, S.A, Metalquimia, S.A. e IRTA).
Objetivos: El objetivo principal de esta tarea fue desarrollar varios productos crudocurados loncheados secados mediante el sistema de secado rápido Quick Dry Slice
process® (QDS Process) y la evaluación de su seguridad alimentaria.
Concretamente, se desarrollaron los siguientes productos:
•
•
•
embutidos crudos curados (chorizo): producto ácido y poco ácido. Producto
estándar y producto reducido en sodio.
cárnico de pieza entera (jamón curado): producto estándar y producto reducido en
sodio.
embutido de pescado.
Para cada tipo de producto se realizaron estudios de inoculación (“challenge tests”) para
evaluar la evolución de los patógenos Salmonella y Listeria monocytogenes inoculados a baja
concentración (alrededor de 100 ufc/g) simulando una contaminación en las materias
primas (en productos embutidos) o una recontaminación durante el loncheado (en jamón).
También se realizó un seguimiento del comportamiento de los patógenos y de la
microbiota tecnológica (bacterias del ácido láctico y cocos grampositivos catalasa positivos)
durante el almacenaje en refrigeración de los productos loncheados y envasados al vacío.
De forma paralela, se estudió el efecto de los principales factores estresantes presentes en
los productos crudos curados de forma intrínseca o extrínseca (NaCl, NaNO2, lactato
potásico, acidez y temperatura) sobre el crecimiento y fisiología de Salmonella y L.
monocytogenes con el fin de profundizar en el papel que tienen las combinaciones de estreses
propias de los productos cárnicos curados y las protecciones cruzadas que los patógenos
generan frente a estos mediante (i) la caracterización de la capacidad de crecimiento de
Salmonella y L. monocytogenes según la acidez y en presencia de sal, lactato y nitrito, y
procesado por alta presión hidrostática (AP), (ii) la realización de estudios proteómicos
para determinar que proteínas se inducen en respuesta a un tratamiento de AP y (iii) el
análisis de la expresión génica de algunos de los genes de dichas proteínas para determinar
su inducción frente a otros estreses y valorar el nivel de estrés de las bacterias en producto
alimentario.
Resumen ejecutivo: Los distintos sistemas de conservación que se aplican a los productos
cárnicos como el frío, la acidificación, la disminución de la actividad de agua, la alta presión
(AP), etc. suponen situaciones de estrés para las bacterias, y en algunos casos, cuando los
niveles aplicados son subletales, se adaptan aumentando así su supervivencia, lo cual no es
deseable desde el punto de vista de la seguridad alimentaria. Sin embargo, una combinación
inteligente de estos factores puede permitir controlar el crecimiento de los patógenos
Salmonella y L. monocytogenes durante el procesado y almacenaje de los alimentos.
La conservación de productos cárnicos a partir de la salazón y el secado se basa,
principalmente, en la disminución de la actividad de agua. En algunos de estos productos,
además, se puede añadir el efecto conservante debido a la disminución del pH u otros
83 aditivos. El NaCl (sal) se ha usado como conservante en productos cárnicos durante
muchos años. Sin embargo, su consumo excesivo se ha relacionado con hipertensión y
enfermedades cardiovasculares, y la investigación y desarrollo de productos reducidos en
sal o sin sal ha aumentado en los últimos años. El NaCl es un ingrediente multifuncional
muy importante en los productos curados, ya que participa en la inhibición del crecimiento
microbiano, reducción de la aw, liberación de proteínas solubles, aumento del flavor, etc. y
su eliminación podría afectar tanto la calidad como la seguridad alimentaria. Por lo tanto, el
desarrollo de productos reducidos en Na+ requiere el diseño de nuevas combinaciones de
ingredientes y/o la aplicación de nuevas tecnologías de conservación como la AP.
Durante la maduración-secado de los embutidos fermentados tradicionales se produce un
encadenamiento de obstáculos (sales de curado, potencial redox, microbiota competitiva,
pH y actividad de agua) que tiene como consecuencia la inhibición del crecimiento de los
patógenos. El proceso QDS (Quick Dry Slice process®) es un nuevo sistema de secado
acelerado de productos cárnicos loncheados que se aplica inmediatamente después del
proceso de fermentación y que acorta el período de secado-maduración de varias semanas a
unos 45 min en el caso de embutidos crudo-curados como el chorizo. El proceso QDS
permite elaborar productos equivalentes a los secados mediante el sistema tradicional, y
además ofrece una gran oportunidad para diseñar productos de acuerdo con la estrategia
NAOS (con menos sal y grasa) y la demanda del mercado (menor acidez). Sin embargo, el
efecto sobre la seguridad alimentaria de los productos secados a través del QDS process® es
desconocida.
En chorizo ácido y poco ácido se ha observado que los cambios físico-químicos que se
producen durante la maduración-secado tanto del producto tradicional como del producto
secado mediante el sistema QDS son suficientes para la completa eliminación de los
patógenos L. monocytogenes y Salmonella inoculados a bajos niveles en la materia prima y, por
lo tanto, en este caso la AP no aporta un incremento en la seguridad alimentaria. En
chorizos reducidos en Na+ (sustitución de NaCl por KCl + lactato potásico), la eliminación
de los patógenos se produce de forma más lenta en el producto poco ácido que en el ácido
y el proceso QDS es más seguro que el tradicional. Sólo en el caso de la supresión de varios
obstáculos para el crecimiento microbiano como es el caso del chorizo poco ácido y
reducido en sal, la aplicación de un tratamiento de AP es necesaria para alcanzar los niveles
de seguridad alimentaria requeridos.
El proceso de elaboración del jamón curado es largo, debido principalmente a la etapa de
secado-maduración. Con el sistema de secado QDS process®, el tiempo de secado puede
reducirse considerablemente y se presenta como una alternativa para la obtención de jamón
curado loncheado en un tiempo menor sin necesidad de sacrificar ni la calidad ni la
seguridad alimentaria.
Los estudios de inoculación han demostrado que el tipo de secado y, especialmente, el
proceso de elaboración y composición del producto determinan la seguridad alimentaria del
producto acabado, siendo el producto tradicional y el producto acidificado secado mediante
el proceso QDS los que más inhiben L. monocytogenes. La reducción del Na+ no afecta de
84 forma significativa la seguridad alimentaria de los jamones no tratados por AP pero la
disminuye ligeramente en jamones presurizados.
El sistema QDS permite también el desarrollo de nuevos productos. En este caso se ha
desarrollado un embutido crudo curado de pescado (pH 4.8) que se valora muy
positivamente tanto desde el punto de vista sensorial como de seguridad alimentaria.
En general, la seguridad alimentaria de los productos crudos curados embutidos picados y
de pieza entera se ve principalmente afectada por los cambios en las propiedades físicoquímicas de los productos (disminución de la acidez y el Na+ y/o introducción de nuevos
aditivos) y menos por cambios en el tipo de secado. En el caso de los productos estudiados
en esta tarea, en todos los casos (y generalmente sin la necesidad de aplicar un tratamiento
de AP) se cumpliría con el FSO (objetivo de seguridad alimentaria) establecido por la
Scientific Committee on Veterinary Measures relating to Public Health (SCVPH) y en el cual se
basan los criterios microbiológicos establecidos por la UE (Reglamento (CE) nº
2073/2005, que requiere niveles de L. monocytogenes inferiores a 2 log ufc/g durante la vida
útil de los productos listos para el consumo que no permiten el crecimiento del patógeno.
Resultados:
•
Estudio de la respuesta bacteriana a una combinación de estrés relacionados con el
secado de productos cárnicos y el procesado por alta presión.
El estudio de la respuesta bacteriana a una combinación de estrés relacionado con el secado
de productos cárnicos y el procesado por alta presión mediante la evaluación de la
capacidad de crecimiento de Salmonella y L. monocytogenes mostró que los distintos sistemas
de conservación que se aplican a los productos cárnicos como el frío, la acidez, la
disminución de la actividad de agua, la alta presión (AP), etc. suponen situaciones de estrés
para las bacterias a las cuales responden y en algunos casos, cuando los niveles aplicados
son subletales, se adaptan aumentando así su supervivencia, lo cual no es deseable desde el
punto de vista de la seguridad alimentaria. Sin embargo, se determinó que la cantidad de sal
añadida y el pH son factores clave para el control microbiológico en el modelo cárnico
estudiado. La adición de lactato también se mostró efectiva para la inhibición del
crecimiento de Salmonella y L. monocytogenes y su uso podría ser interesante en productos
reducidos en sal o poco ácidos.
A nivel fisiológico, la aplicación de un tratamiento de AP genera una respuesta celular en
forma de cambios en el proteoma de L. monocytogenes y Salmonella. Estos cambios incluyen la
acumulación de proteínas de estrés y proteínas del metabolismo general, que son diferentes
dependiendo de la especie y cuyos genes también se expresan en respuesta a otros tipos de
estrés como la sal, la temperatura elevada o la acidez, un hecho que explicaría las reacciones
cruzadas que se observan entre distintos tipos de estrés y que pueden ser favorables o
perjudiciales según disminuyan o incrementen la supervivencia de los patógenos.
•
Estudio de la seguridad alimentaria de un embutido crudo curado loncheado ácido
y poco ácido durante la maduración-secado y almacenaje en refrigeración. Efecto
del secado QDS y la AP.
85 Se desarrollaron dos tipos de embutido, chorizo ácido (pH 4.8) y chorizo poco ácido (pH
5.3) los cuales se secaron de forma tradicional y mediante el sistema QDS. Los 4 tipos de
chorizo se sometieron a un estudio de inoculación o challenge test simulando una
contaminación de bajo nivel (< 100 ufc/g) con Salmonella y L. monocytogenes en la materia
prima. Después de la fermentación, común para los 4 tipos de chorizo, se procedió a la
maduración-secado a través del sistema tradicional y el sistema QDS. Finalizado el secado,
las lonchas de chorizo se envasaron al vacío y la mitad de ellas se sometieron a un
tratamiento de AP de 600 MPa durante 5 min. Finalmente, las muestras se almacenaron en
refrigeración durante 91 días.
Los resultados mostraron que la acidez del producto tenía un efecto sobre la disminución
de Salmonella pero no L. monocytogenes. Aunque se observaron diferencias dependiendo del
patógeno y acidez del producto, en todos los casos se observó una disminución progresiva
de los niveles de patógenos a lo largo del proceso de maduración-secado. La ausencia de
recuperación de los patógenos durante el almacenaje confirmó la total eliminación de los
mismos, especialmente en el caso de L. monocytogenes, una bacteria psicrotrófica capaz de
crecer a temperaturas de refrigeración. La aplicación de un tratamiento de AP de 600 MPa
durante 5 min no incrementó la seguridad alimentaria del producto ya que en el momento
de la aplicación del tratamiento de AP los niveles de los dos patógenos ya eran inferiores al
límite de detección y así se mantuvieron durante los posteriores 91 días de almacenaje.
•
Estudio de la seguridad alimentaria de un embutido crudo curado loncheado ácido
y poco ácido y reducido en NaCl durante la maduración secado y almacenaje en
refrigeración. Efecto del secado QDS y la AP.
En la presente tarea se desarrollaron matrices cárnicas sin sal añadida y sensorialmente
aceptables para chorizo ácido y poco ácido. En general, la eliminación de los patógenos
Salmonella y L. monocytogenes fue más lenta en el chorizo reducido en sal poco ácido que en el
ácido. Considerando el tipo de secado, el proceso QDS fue más seguro que el tradicional.
En el caso del chorizo tradicional poco ácido la completa eliminación de los patógenos
requirió de la aplicación de un tratamiento de AP.
En comparación con los resultados obtenidos previamente en chorizo no reducido en sal,
la sustitución del Na+ proveniente de NaCl no disminuyó la seguridad alimentaria del
producto QDS ni el tradicional ácido, sin embargo, retrasó la desaparición tanto de L.
monocytogenes como en Salmonella en chorizo tradicional poco ácido en el caso de muestras
no tratadas por AP. Los resultados del conjunto de estudios de inoculación realizados en
chorizo muestran la necesidad de evaluar la seguridad alimentaria de productos con
modificaciones en la formulación o procesado, ya que la supresión de obstáculos para el
crecimiento microbiano como la acidez o el NaCl modifican las propiedades físicoquímicas del alimento y su seguridad alimentaria.
•
Estudio de la seguridad alimentaria de un producto cárnico crudo curado de pieza
entera, loncheado, elaborado de forma tradicional y mediante el sistema QDS.
Efecto del tipo de secado y la AP durante el almacenaje.
86 Se desarrollaron varios productos cárnicos crudos curados de músculo entero (tipo jamón
curado) adecuados tecnológicamente al proceso QDS y con unas características similares a
las de un producto cárnico crudo curado de músculo entero tradicional. Una vez
desarrolladas las matrices cárnicas, se realizó un estudio de inoculación para determinar la
inhibición de L. monocytogenes en un proceso de jamón tradicional tipo centro-europeo
ahumado y de tres tipos de jamones procesados mediante QDS: jamón sin hueso
reestructurado ahumado con un presecado tradicional, jamón acidificado y jamón
acidificado ahumado. Los cuatro tipos de jamón fueron inoculados con L. monocytogenes
(<100 ufc/g) después del loncheado para simular una contaminación cruzada en este
punto. Las lonchas se envasaron al vacío y la mitad de ellas fueron sometidas a un
tratamiento de alta presión a 600 MPa durante 5 min. Todas ellas se almacenaron en
refrigeración durante 16 semanas. Durante este período las diferencias más importantes que
se registraron fueron entre las lonchas presurizadas y las no presurizadas. En ausencia de
tratamiento de AP los recuentos de L. monocytogenes disminuyeron gradualmente a lo largo
del tiempo de almacenaje, siendo el jamón tradicional y el reestructurado ahumado los que
mostraron una disminución mayor y menor, respectivamente, de los niveles de L.
monocytogenes. Este mismo comportamiento se observó en las muestras de jamón tratado por
AP. Aunque en este caso los recuentos fueron inferiores al límite de detección en placa (10
ufc/g) y predominaron las muestras con ausencia del patógeno en 25 g de jamón, el
reestructurado ahumado continuó siendo el que registró niveles mayores del patógeno
mientras que el jamón secado de forma tradicional y el acidificado ahumado fueron más
seguros, con ausencia de L. monocytogenes durante los primeros 28 días de almacenaje.
•
Estudio de la seguridad alimentaria de un producto cárnico crudo curado de pieza
entera, loncheado, reducido en sal, elaborado de forma tradicional y mediante el
sistema QDS. Efecto del tipo de secado y la AP durante el almacenaje.
En la presente tarea se desarrollaron distintas matrices cárnicas equivalentes a las
desarrolladas en la tarea 2.6.4 pero sin la adición de NaCl durante el procesado y
sensorialmente aceptables. Para ello, se desarrollaron distintos procesos de salado
adaptados a los sustitutos de NaCl seleccionados (KCl + lactato potásico). Una vez
desarrollados los distintos tipos de jamón curado sin sal añadida se realizó un estudio de
inoculación igual que el realizado en la tarea 2.6.4 para evaluar la seguridad alimentaria
(inhibición de L. monocytogenes) de los nuevos productos.
Los resultados mostraron que en los jamones procesados sin adición de NaCl, tanto la
composición de la salmuera como el tipo de secado influyen en la seguridad alimentaria. En
los jamones secados por el sistema QDS, L. monocytogenes disminuyó progresivamente en los
4 tipos de jamón aunque los jamones acidificado-ahumados fueron los únicos que
registraron ausencia al final del almacenaje en refrigeración. En jamones secados de forma
tradicional, en cambio, la disminución del patógeno fue más lenta. El tratamiento de AP
produjo una reducción inmediata en los niveles del L. monocytogenes y todos los tipos de
jamón, tradicional y QDS, registraron ausencia del patógeno al final del almacenaje en
refrigeración.
87 En comparación con los resultados obtenidos en jamón curado procesado con NaCl, la
eliminación de la sal durante el procesado retrasó la disminución de los niveles de L.
monocytogenes en jamón tradicional y no mostró diferencias significativas en los jamones
secados a través del sistema QDS. En ambos tipos de jamón (procesados con y sin NaCl),
los mejores resultados a nivel de seguridad alimentaria (ausencia del patógeno al final del
almacenaje), se obtuvieron en los jamones acidificados-ahumados. La aplicación de un
tratamiento de AP de 600 MPa fue más efectiva en los jamones con sal, en los cuales L.
monocytogenes fue eliminada inmediatamente después del tratamiento de AP y permaneció
ausente durante los 112 días de almacenaje en refrigeración.
•
Estudio de la seguridad alimentaria de un embutido de pescado secado mediante el
sistema QDS y tratado por AP.
El embutido de pescado desarrollado es un producto curado, fermentado (pH 4.8),
loncheado y secado mediante el sistema QDS. La inoculación de los patógenos Salmonella y
L. monocytogenes (<100 ufc/g) se realizó durante el amasado del producto para simular una
contaminación en la materia prima. Después del secado de las lonchas, la mitad de las
muestras se sometieron a un tratamiento de AP (600 MPa durante 5 min) y todas ellas se
almacenaron en refrigeración durante 27 días. Los resultados del ensayo mostraron una
disminución progresiva de los niveles de ambos patógenos a lo largo del ensayo. En el caso
de lonchas no presurizadas, la reducción de Salmonella fue más rápida que la de L.
monocytogenes y la ausencia (en 25 g de producto) se consiguió después de 20 y 27 días de
almacenaje, respectivamente. En cambio, en lonchas tratadas por AP ambos patógenos
fueron eliminados inmediatamente después del tratamiento y no se observó recuperación
durante el almacenaje.
Conclusiones: Los distintos sistemas de conservación que se aplican a los productos
alimenticios como el frío, la acidez, la disminución de la actividad de agua, la alta presión
(AP), etc. suponen situaciones de estrés para las bacterias. Una combinación inteligente de
estos factores puede permitir controlar el crecimiento de patógenos durante el procesado y
almacenaje de los alimentos.
En chorizo ácido y poco ácido los cambios físico-químicos que se producen durante la
maduración-secado tanto del producto tradicional como del producto secado mediante el
sistema QDS son suficientes para la completa eliminación de los patógenos L. monocytogenes
y Salmonella presentes a bajos niveles en la materia prima y, por lo tanto, la AP no aporta un
incremento de seguridad alimentaria. En chorizos reducidos en Na+ (sustitución de NaCl
por KCl + lactato potásico), la eliminación de los patógenos se produce de forma más lenta
en el producto poco ácido que el ácido, y el proceso QDS es más seguro que el tradicional.
Sólo en el caso de la supresión de varios obstáculos para el crecimiento microbiano como
es el caso del chorizo poco ácido y reducido en sal, la aplicación de un tratamiento de AP
es necesario para alcanzar los niveles de seguridad alimentaria requeridos (Reglamento (CE)
número 2073/2005 de la Comisión de 15 de noviembre de 2005 relativo a los criterios
microbiológicos aplicables a los productos alimenticios).
88 En producto cárnico de músculo entero (e.g. jamón curado) el tipo de secado y
especialmente el proceso de elaboración y composición determinan la seguridad alimentaria
del producto acabado, siendo el producto tradicional y el acidificado secado mediante el
proceso QDS los que más inhiben L. monocytogenes. La reducción del Na+ no afecta de
forma significativa la seguridad alimentaria de los jamones no tratados por AP. En jamones
presurizados, en cambio, la capacidad de la matriz cárnica de inhibir L. monocytogenes
disminuye, especialmente en jamones secados de forma tradicional y acidificados secados
mediante el proceso QDS.
La seguridad alimentaria de los productos crudos-curados embutidos picados y de pieza
entera se ve principalmente afectada por los cambios en las propiedades físico-químicas de
los productos (disminución de la acidez y el Na+ e introducción de nuevos aditivos) y
menos por cambios en el tipo de secado.
Todos los productos estudiados en esta tarea a través de estudios de inoculación cumplirían
los criterios microbiológicos establecidos por la UE (Reglamento (CE) nº 2073/2005.
5.2.7
Tarea 2.7. Pasteurización por altas presiones de preparaciones
culinarias y alimentos sólidos, para asegurar su conservación sin alterar
sus propiedades nutricionales o sensoriales (Fundació Alíca e IRTA).
Objetivos: Los principales objetivos fueron los siguientes:
•
Conseguir un procesado mínimo garantizando la seguridad alimentaria y la
conservación de las propiedades nutricionales de alimentos sólidos y preparaciones
culinarias saludables y de alto interés nutricional (especialmente frutas, verduras y
pescado) mediante el uso de las altas presiones. Al mismo tiempo, facilitar el
consumo de alimentos.
•
Diseño de fórmulas y técnicas culinarias para optimizar el uso de las altas presiones
en alimentos sólidos.
•
Estudio de los efectos de las altas presiones sobre los ingredientes (proteínas,
almidones, grasas, etc.) de los alimentos sólidos y preparaciones culinarias.
•
Estudio de los efectos de algunos ingredientes culinarios y de los procesos
anteriores a la presurización, sobre la eficacia de las altas presiones.
•
Estudio del efecto del procesado por altas presiones sobre la textura y sobre la
aceptabilidad sensorial de alimentos y preparaciones culinarias.
Resumen ejecutivo: Se estudió el efecto de la tecnología de altas presiones sobre los
alimentos y algunos productos gelificantes; “Inactivación por altas presiones de Anisakis y
otros en pescados, crustáceos, etc.” en que se estudió el efecto de las altas presiones sobre
ostras, y sobre pescado cocido al vacío; “Estudio de productos para regímenes
alimentarios”, en donde se investigaron elaboraciones culinarias para dietas específicas;
“Altas presiones para obtener alimentos que permitan la ingesta”, en la que se estudió la
89 obtención de productos para disfágicos por altas presiones;“Investigación de los efectos de
las altas presiones en ingredientes y elaboraciones”, donde se estudió el desconchado de
cangrejo de rio por altas presiones, la conservación de setas y la formación de geles por
altas presiones.
Resultados: La participación de la Fundació Alícia durante los 4 años del proyecto
permitó la obtención de nuevos conocimientos en este ámbito destacando los resultados
siguientes:
Se ampliaron los conocimientos de la Fundació Alícia sobre el comportamiento e
interacciones de los gelificantes focalizando el interés culinario en las gelificaciones en frío,
por altas presiones, del alginato sódico, gellan rígido y pectina. Se definieron las soluciones
y las fórmulas a utilizar en los distintos estudios, a la vez que se estudió el efecto de otros
ingredientes en la gelificación por altas presiones, en concreto el efecto de la sal, del azúcar,
del ácido cítrico y del aceite.
Posteriormente, se estudió el efecto de alimentos líquidos, en concreto zumo de limón,
zumo de manzana, pulpa de mango, leche, nata, zumo de zanahoria, agua de tomate,
whisky, vino, campari, agua de menta, salsa de soja y vinagre, en la gelificación en frío del
alginato sódico por altas presiones. Los alimentos fibrosos y lácticos no permiten obtener
geles bien formados. Con el limón y el campari, no se pudieron obtener geles. Con los
otros productos, se formaron geles según las concentraciones, destacando como preferente
las combinaciones de 2%/0.4% y 1%/0.4% de alginato sódico/”gluconolactato cálcico”
(mezcla de dos sales de calcio, gluconato cálcico y lactato cálcico).
Respecto a la cocción al vacío se estudió el efecto de esta técnica culinaria combinada con
las altas presiones en la microbiota de la manzana y el salmón. Las condiciones de cocción
al vacío, definidas para la obtención de una manzana cocida de gran valor sensorial, son
suficientes para alargar a 6 meses la vida útil de la manzana cocida, por lo que no se precisó
el procesado por altas presiones en este caso. Por otro lado, en el caso del salmón cocido a
baja temperatura controlada se pudo observar que a partir de 400MPa se reduce la
microbiota del salmón cocido al vacío, en concreto colonias aerobias y enterobacterias,
alargando la vida útil hasta por lo menos en cuatro días. No obstante, se debería seguir esta
línea de estudio para intentar mejorar las características sensoriales de estos productos
tratados por altas presiones ya que éstas modifican levemente su textura.
En cuanto a productos para regímenes especiales, se realizaron cuatro estudios derivándose
de cada uno de ellos un recetario: fenilcetonúricos, enfermos de cáncer, diabéticos y
enfermos de hospitales con varios síntomas (disfagia, problemas de masticación etc.). Estos
estudios permitieron establecer los productos y las texturas adecuadas para cada uno de los
trastornos estudiados. En concreto, en el estudio de platos para diabéticos, se formularon
recetas con sustitutivos de azúcar y de grasas junto a ingredientes con efecto saciante.
En la valorización del cangrejo de río se destaca el interés del efecto de las altas presiones
en el pelado de los cangrejos de río manteniendo aceptables los atributos sensoriales del
producto fresco.
90 Se estudió el efecto de la presurización de ostras por altas presiones en la higienización.
Este proceso permite conservar el frescor característico y facilita el desconchado. Se
determinaron las presiones que minimizan los cambios sensoriales debido al proceso. En
una segunda fase se realizó una valoración de la vida útil, basándose en las variaciones de
las características físico-químicas y sensoriales. El líquido de conservación es un factor
importante de degradación de las ostras presurizadas durante la conservación, por lo cual se
realizó un estudio de la evolución de la turbidez del líquido durante la conservación de las
ostras. La vida útil se estudió en un último apartado. El efecto de las altas presiones
permitió la reducción de los microorganismos estudiados. El factor limitante de la
conservación de las ostras presurizadas parece ser sensorial: al cabo de 11 días las ostras no
eran aceptables debido a una modificación negativa del olor y del color.
Conclusiones: El tratamiento mediante altas presiones:
•
Representa una alternativa a los tratamientos convencionales de higienización dado
que respeta en mayor medida los atributos sensoriales de ostras, cangrejo de río y
procesados de frutas y verduras entre otros productos, sin afectar su seguridad
alimentaria.
•
Facilita el manejo, pelado de productos tales como el cangrejo de río, fomentando
su consumo. A su vez, permite la obtención de productos convenientes.
•
Modifica la textura de determinados productos, concretamente gelifica soluciones
de alginato sódico, gellan rígido y pectina. Estas modificaciones de textura son
interesantes en la definición y elaboración de productos para grupos de población
con determinados trastornos tales como enfermos de cáncer y disfágicos.
•
Permite un procesado mínimo garantizando la seguridad alimentaria y la
conservación de las propiedades nutricionales de alimentos sólidos y preparaciones
culinarias saludables y de alto interés nutricional (especialmente frutas, verduras y
pescado).
91 5.3 ACTIVIDAD 3: PROCESADO DE LECHE, PRODUCTOS LÁCTEOS Y
OTROS LÍQUIDOS POR TECNOLOGÍA DE ALTA PRESIÓN
5.3.1
Tarea 3.1. Estudio del tratamiento de leches fermentadas y del efecto
letal y subletal en la flora microbiana y prebiótica, tratadas por alta
presión isostática, y/o tratamiento térmico (Danone, S.A e IRTA).
Objetivos: El objetivo principal planteado en este proyecto fue el de estudiar el
tratamiento de leches fermentadas por alta presión isostática, y/o tratamiento térmico y de
su efecto letal y subletal en la flora microbiana y prebiótica.
Para alcanzar este objetivo se plantearon las siguientes subtareas.
•
Caracterización sensorial de la textura y consistencia, sabor y/u otros criterios
sensoriales, de leches fermentadas procesados por alta presión y/o calor.
•
Caracterización microbiológica, estudio de la viabilidad y actividad residual de
leches fermentadas y prebióticos, tratados por alta presión y/o calor.
•
Desarrollo de estudios clínicos en leches fermentadas procesadas por alta presión.
Resumen ejecutivo: Después de una primera fase de acondicionamiento de los equipos
térmicos en Danone, se seleccionó el tipo de envase apto para el procesado en alta presión.
El envase fue el original del producto ya que se realizaron varias pruebas de estanqueidad y
se comprobó que dicho envase se mantenía intacto a lo largo de todo el tratamiento de
pasteurización.
Posteriormente, se caracterizaron las condiciones de tratamiento por alta presión en los
productos seleccionados para el estudio. Se realizaron varias pruebas de presurización,
hasta obtener el rango de presión y tiempo adecuados para cada uno de estos productos.
En cada uno de los ensayos, se observó la viabilidad de los microorganismos característicos
de cada producto frente al tratamiento aplicado mediante análisis microbiológicos.
Se comparó mediante análisis sensorial un producto tratado por alta presión y otro no
tratado. Las muestras se presentaron codificadas al panel de catadores entrenados en los
productos lácteos a evaluar. Éstos evaluaron varios descriptores agrupados en 4 criterios:
textura en vaso, textura en boca, sabores básicos y detección de los aromas característicos
de dicho producto. La evaluación de la viscosidad del producto se realizó mediante un
viscosímetro.
Se realizaron varios tratamientos térmicos en los que se varió la temperatura y el tiempo de
tratamiento térmico. El estudio se realizó con uno de los productos estudiados previamente
en el proceso de presurización. Durante estos ensayos, se determinaron los parámetros:
pH, viscosidad y flora microbiana específica del producto evaluado.
Se realizó un estudio preclínico con un nemátodo. Para ello se utilizó un producto
presurizado y otro sin presurizar. Los nemátodos fueron alimentados con uno de los
productos evaluados durante varios días y ya en estado adulto fueron sometidos a un
tratamiento de estrés oxidativo por exposición a un agente oxidante durante varias horas.
92 Se determinó la variabilidad del nemátodo después de la exposición de dicho tratamiento
de estrés. Los ensayos realizados fueron los siguientes:
Ensayo 1: Nemátodo + E.Coli OP50
Ensayo 2: Nemátodo + E.Coli OP50 + Vitamina C
Ensayo 3: Nemátodo + E.Coli OP50 + Producto Fresco
Ensayo 4: Nemátodo + E.Coli OP50 + Producto Fresco + Tratamiento Térmico
Ensayo 5: Nemátodo + E.Coli OP50 + Producto Fresco + Tratamiento Alta Presión (1)
Ensayo 6: Nemátodo + E.Coli OP50 + Producto Fresco + Tratamiento Alta Presión (2)
Resultados: Existen unos parámetros específicos de presión y tiempo, en los cuales el
comportamiento de las cepas microbianas lácticas evaluadas, siguen unos patrones de
letalidad o subletalidad específicos.
Con estas condiciones de procesado (relación P y T) se determinó el tratamiento de alta
presión óptimo para el cual se evitó la mortalidad y por lo tanto se mantuvieron vivas las
cepas evaluadas dentro de los productos estudiados a lo largo de todo el proyecto.
Los catadores caracterizaron los productos presurizados como menos ácidos y astringentes
respecto de los no presurizados.
En la Figura 5.3.1a) se observa que la intensidad de estos dos atributos es inferior en el
producto tratado por alta presión. Al mismo tiempo, en la Figura 5.3.1b), se observa que
para el producto tratado por alta presión aumenta la intensidad de sabor a queso y la
astringencia, además mantiene el sabor amargo y la sensación grasa, y finalmente disminuye
la intensidad de sabor ácido. No obstante, sería necesario aplicar un análisis de la varianza
para conocer si las diferencias observadas fueron significativas.
a
Intensidad aromática (sabores)
Espeso
2,5
2
b
1,5
Grasa
Intensidad aromática (sabores)
Grumos (reverso cuchara)
1
0,5
0,5
Regustos
Huidizo
Sabor lácteo
Sabor lácteo
Dulce
Testigo 4ºC
Dulce
Sabor a queso
Ácido
Amargo
Huidizo
0
0
Sabor a queso
Espeso en boca
1,5
1
Regustos
Grumos (reverso cuchara)
2
Grasa
Espeso en boca
Espeso
3
2,5
Ácido
Amargo
Astringente
Testigo 4ºC
Tratado 4ºC
Astringente
Tratado 4ºC
Figura 5.3.1. a) Comparación del perfil sensorial de un producto lácteo con y sin tratamiento de presurización. b) Comparación del perfil
sensorial de un producto lácteo probiótico testigo con y sin tratamiento de presurización.
En el caso del producto representado en la Figura 5.3.2, se almacenó a dos temperaturas de
conservación. En el caso del producto tratado por alta presión y conservado a 4ºC se
mantuvo la intensidad de sabor ácido y la astringencia respecto del no tratado. En cambio,
para el producto almacenado a 20ºC, estos dos atributos se puntuaron con superior
93 intensidad. Contrariamente, cuando el producto tratado se mantuvo a 20 ºC esto no
ocurrió. Análogamente al caso anterior, sería necesario aplicar un análisis de la varianza
para conocer si las diferencias observadas fueron significativas.
Intensidad aromática (sabores)
Espeso
3
Grumos (reverso cuchara)
2,5
2
Grasa
Espeso en boca
1,5
1
0,5
Regustos
Huidizo
0
Sabor lácteo
Dulce
Sabor a queso
Ácido
Amargo
Testigo 4ºC
Astringente
Tratado 4ºC
Tratado 20ºC
Figura 5.3.2. Comparación del perfil sensorial del tercer producto lácteo probiótico evaluado con y sin tratamiento de presurización y
almacenado a dos temperaturas de conservación.
No se observaron diferencias de viscosidad en aquellos productos tratados y mantenidos en
refrigeración. Esta viscosidad se mantuvo a lo largo de todos los días de almacenamiento
del producto.
En cambio hubo cambios de viscosidad en aquellas muestras que se sometieron a
diferentes días de fermentación antes del tratamiento hiperbárico.
El tratamiento térmico de las muestras después de la fermentación provocó una mortalidad
elevada en la flora microbiana del producto evaluado, llegando a alcanzar factores de
reducción superiores a 106. Debido a esta elevada mortalidad algunos ensayos presentaron
una ausencia total de postacidificación.
En la Figura 5.3.3 se presentan los resultados más destacados de la supervivencia del
nemátodo evaluado para cada unos de los ensayos realizados. Se observa que el mayor
índice de supervivencia se produjo en el ensayo 3, seguido del 4, 5 y 6. Donde menos
supervivencia hubo fue en el 1.
94 Figura 5.3.3. Influencia de la adición de productos fermentados sobre el porcentaje de supervivencia observado en una población de nemátodos tras
ser sometidos a un estrés oxidativo en los ensayos realizados.
Aunque el % de viabilidad del ensayo 3 (sólo sobre producto fresco) fue más elevado que
en el ensayo 1, no se demostró que para este tipo de cepa y en el producto estudiado
(ensayo 5 y 6), se mantuvieran los niveles de capacidad funcional deseados. Es por ello que
se considera que el tratamiento por alta presión no proporciona un resultado comparable al
que proporciona el producto fresco. Si se demostrase lo contrario en humanos, este hecho
tendría una incidencia importante para aquellos productos que se intenten exportar o
distribuir con el tratamiento de presurización diseñado. Probablemente el aumentar la vida
útil del producto mermaría la capacidad funcional de la cepa evaluada. En cada caso se
debería hacer un estudio clínico para cada una de las cepas a evaluar.
Cabe mencionar que tanto los parámetros tecnológicos como los microbiológicos
obtenidos de la realización de este proyecto están en fase de evaluación para la elaboración
de una patente de proceso alimentario. Se pretende patentar el proceso tecnológico
obtenido para aumentar la vida útil de algunos productos y para ciertos países o casos
donde los procesos convencionales de refrigeración en la distribución, comercialización y
consumo no sean posibles o estén dificultados por razones estructurales.
Conclusiones:
• Existe una combinación de presión y temperatura que mantiene los patrones de
letalidad y subletalidad de las cepas evaluadas.
• Los productos tratados por alta presión, en general, presentan menos intensidad de
sabor ácido y son menos astringentes que los no tratados.
• La viscosidad del producto no varía con el tratamiento de alta presión aplicado.
• En los estudios pre-clínicos, los productos tratados por alta presión no presentan la
misma capacidad funcional que el producto fresco no tratado.
95 5.3.2
Tarea 3.2. Estudio del efecto del procesamiento de la leche por nuevas
tecnologías en las propiedades sensoriales y funcionales de fórmulas
lácteas infantiles, y en los sistemas y métodos de enriquecimiento de
fracciones proteicas enriquecidas en determinadas proteínas
(Laboratorios Ordesa, S.L e IRTA).
Objetivos: La actividad investigadora en este proyecto se focalizó en el estudio y desarrollo
de productos y procesos en base a la aplicación de tecnologías emergentes de procesado, en
especial la alta presión isostática y las microondas, en leche y otros productos lácteos.
Existen diferencias en cuanto a la desnaturalización de las proteínas lácteas en función de
su naturaleza y del tipo de tratamiento aplicado. A modo de ejemplo cabe señalar que la
máxima desnaturalización de la β-lactoglobulina se alcanza a los 400 MPa, con un 80 % de
agregación irreversible, mientras que la precipitación de la α-lactoalbúmina en estas
condiciones es mínima. No obstante, a pesar de los estudios realizados hasta ahora, no se
conocen aún con suficiente detalle los efectos de la alta presión sobre las distintas proteínas
lácteas ni sobre la fracción grasa, ni se ha realizado un estudio en profundidad empleando
presiones superiores a 650 MPa.
Así pues, el objetivo inicial de este trabajo fue el estudio de la desnaturalización de las
proteínas y modificación de los lípidos de la leche tratada por alta presión isostática. Para
ello se sometió la leche a distintas combinaciones de alta presión (hasta 900 MPa) y se
realizó un estudio de las distintas fracciones proteicas y del perfil de ácidos grasos.
En relación a las fracciones proteicas, se estudió con mayor detalle la precipitación selectiva
de proteínas séricas y la solubilización de las micelas de caseínas. También se estudió el
efecto de la alta presión sobre algunas proteínas minoritarias como la lactoferrina y las
inmunoglobulinas.
Por otra parte, se prestó atención al efecto de la aplicación de la alta presión hasta 900 MPa
sobre la membrana del glóbulo graso (MFGM), por ser ésta fuente de lípidos polares y de
otros compuestos bioactivos de interés industrial.
También se compararon los efectos de las tecnologías emergentes con algunos de los
métodos más habituales empleados en las industrias lácteas, como puede ser el tratamiento
UHT (esterilización indirecta). Las altas temperaturas no sólo degradan compuestos
termolábiles, algunos de ellos de interés nutricional, sino que además favorecen la aparición de
reacciones de Maillard, teniendo algunos de los compuestos que se forman capacidad
antioxidante.
El segundo objetivo de este proyecto fue conocer el efecto de las altas frecuencias sobre las
propiedades funcionales y nutricionales de distintos productos lácteos, en concreto sobre
su estabilidad. En esta segunda actividad, la mayor parte del trabajo se centró en estudiar si
los tratamientos por alta frecuencia modificaron la composición de los ácidos grasos
mayoritarios.
96 Resumen ejecutivo: El proyecto permitió evaluar los efectos de dos tipos de nuevas
tecnologías alimentarias (alta presión y alta frecuencia) sobre las materias primas con las
que se elaboran las fórmulas infantiles (en especial la leche de vaca) o sobre los propios
productos finales.
•
Alta presión isostática (AP)
Se estudió el efecto de la AP sobre la fracción proteica de la leche. En especial se investigó
si existían diferencias entre la presurización con equipos industriales y equipos piloto,
concluyéndose que la desnaturalización selectiva de algunas de la proteínas séricas de la
leche es muy similar utilizando cualquiera de los 2 equipos. La despresurización
prácticamente instantánea que tenía lugar en los equipos industriales no es un factor crítico
del proceso.
Aunque se obtuvieron precipitaciones selectivas de algunas de las proteínas del suero, los
resultados, rendimientos y costes del proceso no permitieron augurar una posible
explotación comercial del proceso.
Respecto a la fracción grasa de la leche, se observó que ni las altas presiones máximas
utilizadas actualmente en la industria alimentaria (600 MPa), ni las altas presiones máximas
alcanzables sólo con equipos Piloto (900 MPa) ocasionaron cambios significativos en los
compuestos de naturaleza lipídica de la misma.
Se evaluó también el efecto de la alta presión en algunos de los subproductos de la leche
como alternativa a su valorización posterior, concluyendo que el historial de carga térmica
de dichos subproductos fue el punto clave para poder obtener productos procesados de
composición homogénea. Resultó, por tanto, crítico trabajar conjuntamente con los
integrantes de la cadena de suministro para poder disponer de subproductos con
composición homogénea y que respondieran de forma consistente a posibles procesos
posteriores.
•
Alta Frecuencia:
La investigación realizada en el marco del proyecto, permitió identificar la potencia y los
tiempos de procesado que no provocaran oxidaciones en la fracción lipídica, ni cambios en
la textura de las fórmulas infantiles tratadas mediante alta frecuencia.
Resultados: Los principales resultados obtenidos en el proyecto son los siguientes:
•
Estudio de la desnaturalización de las proteínas y modificación de los lípidos de la
leche tratada por alta presión isostática.
En este proyecto se determinó el nivel de desnaturalización de las proteínas séricas en leche
de vaca, en mazada (suero obtenido en la producción de mantequilla), en suero de quesería
y en proteínas solubles de la leche (obtenidas en el laboratorio por ultracentrifugación de la
leche a 100.000 g). El objetivo fue estudiar si en la leche o en alguno de los derivados
lácteos el tratamiento por alta presión ocasionaba una desnaturalización selectiva de alguna
proteína sérica que facilitara su procesado posterior.
97 Para ello, se analizaron las distintas fracciones de proteína (nitrógeno total, soluble y no
proteico) y se cuantificaron por electroforesis las fracciones de caseínas y seroproteínas en
leche, diferentes derivados lácteos y en sistemas modelo, comparando posteriormente los
resultados obtenidos de muestras tratadas a diferentes condiciones de presión y
temperatura (Figura 5.3.4). Además, se determinó el perfil de ácidos grasos (incluidos
ácidos grasos minoritarios, trans e isómeros del ácido linoleico conjugado) y óxidos de
colesterol por cromatografía de gases y líquidos.
Figura 5.3.4. PAGE-SDS de los sobrenadantes obtenidos por ultracentrifugación (a) y por precipitación a pH 4.6 (proteínas séricas) de leche
cruda de vaca y sometida a diferentes presiones (de 250 MPa a 900 MPa).
Los resultados obtenidos coincidieron con los de la bibliografía existente cuando se
trataron muestras a presiones inferiores a 600 MPa. El grado de desnaturalización de las
proteínas séricas mayoritarias osciló entre el 30 y el 85% de las mismas, dependiendo de la
presión utilizada, la temperatura y tiempo de procesado. Uno de los hechos más
destacables de esta parte del proyecto fue que, hasta donde llega nuestro conocimiento, este
era el primer estudio en el que se evaluó el efecto de la alta presión isostática entre 600 y
900 MPa sobre las proteínas lácteas.
En paralelo se estudió como afecta a la desnaturalización de las proteínas séricas y
solubilización de las caseínas, la descompresión instantánea con la que trabajan los equipos
industriales de alta presión isostática (descompresión en menos de 2 segundos de 6000
bares a 1 bar), en comparación con el sistema de descompresión gradual de los equipos
pilotos (cercana a 1 minuto de descompresión).
Los resultados preliminares obtenidos apuntaban a que el sistema de despresurización
podría influir de una manera determinante en el nivel de desnaturalización o solubilización
de las proteínas lácteas. No obstante, al ampliar el número de muestras y las condiciones de
ensayo, una de las conclusiones obtenidas fue que la influencia de este factor pese a ser
importante, no era el más crítico. En la Figura 5.3.5, se muestran tres geles de electroforesis
(SDS-PAGE) en los cuales se comparó la desnaturalización de proteínas lácteas en un
equipo industrial, y en un equipo piloto.
98 Figura 5.3.5. PAGE-SDS de los sobrenadantes obtenidos por ultracentrifugación de leche presurizada en un equipo industrial y en un equipo
piloto con despresurización rápida y lenta.
También se observó que el historial térmico de la leche o derivado lácteo utilizado tenía
una enorme influencia sobre los resultados. En todos los casos, un tratamiento térmico
previo a la presurización (por ejemplo una pasteurización), estabilizó algunas de las
proteínas séricas de modo que mantuvieron su solubilidad ante la centrifugación o la
acidificación del medio. Por tanto, a la hora de realizarse la presurización de la leche o un
producto lácteo, es importante conocer el tipo de tratamiento térmico previo al cual ha sido
sometida la materia prima. Sin embargo, no siempre fue posible conocer el origen o las
modificaciones antes del procesado por alta presión de las muestras utilizadas. Este hecho
fue más evidente, en productos como la mazada o el suero que son subproductos de la
industria láctea y en ocasiones son el resultado de distintas fabricaciones o productores. La
dificultad de encontrar las materias primas adecuadas, fue uno de los mayores
inconvenientes a la hora de la reproducibilidad de los experimentos y de obtener resultados
satisfactorios en relación a la precipitación selectiva de proteínas lácteas.
Otro inconveniente fue el coste económico de procesado que dificulta la puesta en marcha
a escala industrial del sistema anteriormente descrito.
También se estudió el efecto de la alta presión en proteínas minoritarias de la leche, como
la lactoferrina o la inmunoglobulina A. Se estudió la desnaturalización de estas proteínas
con tratamientos hasta 900 MPa. En la Figura 5.3.6 se puede observar la desnaturalización
de la lactoferrina medida tanto en leche como en sobrenadantes por acidificación a pH 4,6
o por centrifugación.
99 Figura 5.3.6. Contenido en lactoferrina de leche cruda de vaca y los sobrenadantes obtenidos por precipitación a pH 4,6 y por
ultracentrifugación.
Una característica curiosa de la leche presurizada por alta presión fue que perdió su típico
color blanco y se volvió transparente. Trabajos previos realizados por otros investigadores
sugieren que la leche es transparente porque las micelas de caseínas se han disgregado en
partículas más pequeñas. En este trabajo se estudió en detalle este efecto, incluyendo como
novedad la aplicación de alta presión hasta 900 MPa. En las muestras analizadas se
comprobó que se liberaron a la fase soluble caseínas no sedimentables, fundamentalmente
β y κ-caseínas y no de α-caseínas. Los datos de tamaño de micelas de caseínas observados
por microscopía electrónica de trasmisión de leche cruda desnatada y presurizada se
muestran en la Figura 5.3.7.
Figura 5.3.7. Representación de los tamaños de micelas de leche cruda desnatada y presurizada observados por microscopía electrónica de
trasmisión.
100 También se investigó la oxidación que puede provocar el tratamiento por alta presión
isostática en diferentes componentes grasos de la leche o productos lácteos. En este
sentido, los resultados fueron positivos pues no se observaron modificaciones incluso con
tratamientos de 900 MPa. A continuación se muestra la comparación de dos
cromatogramas de ácidos grasos tanto de leche cruda de vaca como de leche tratada a 900
MPa (Figura 5.3.8) y un gráfico (Figura 5.3.9) donde se puede observar la concentración de
distintos grupos de ácidos grasos en leche cruda de vaca y muestras tratadas a diferentes
presiones (hasta 900 MPa).
Figura 5.3.8. Comparativa de cromatograma de leche cruda de vaca (control) y leche tratada por alta presión (900 Mpa).
101 Figura 5.3.9. Gráficos del efecto de la alta presión en diferentes compuestos lipídicos.
Otro ámbito de estudio fue la comparación de los efectos de la tecnología de procesado
por alta presión con los tratamientos más habituales empleados en las industrias lácteas. Se
cuantificó el efecto de la alta presión y la temperatura sobre diferentes componentes de la
leche. Mientras que el sobretratamiento térmico de la leche y de algunos productos lácteos
provocó una desnaturalización de diferentes proteínas y compuestos funcionales, las
condiciones de alta presión y tiempo de proceso utilizados en los experimentos del
proyecto no modificaron estos componentes. En la Figura 5.3.10 se compara el contenido
102 en lactoferrina en un producto lácteo tratado con altas presiones (650MPa) y uno tratado
UHT.
Figura 5.3.10. Contenido en lactoferrina de fórmula infantil control, presurizada a 650 MPa, 5 min y tratada por UHT.
En los diferentes estudios realizados, en los que han participado investigadores
pertenecientes a IRTA, CSIC y CENTA, se recopiló una extensa base de datos que será
publicada en distintas revistas científicas.
•
Efecto de la alta frecuencia sobre las propiedades funcionales y nutricionales de
distintos productos lácteos
En este ámbito la mayor parte del trabajo se centró en estudiar el efecto de los tratamientos
por alta frecuencia en la composición de los ácidos grasos mayoritarios, modificando la
estabilidad de los productos lácteos.
Los resultados obtenidos de muestras analizadas en el momento de finalizar el tratamiento
de alta frecuencia indican que con las combinaciones tiempo/potencia utilizadas no se
modificó significativamente la fracción lipídica.
Conclusiones: Las principales conclusiones obtenidas en estos dos ámbitos del trabajo
fueron las siguientes:
•
Los resultados obtenidos empleando tratamientos de altas presiones isostáticas
estuvieron en concordancia con los trabajos previamente publicados por otros
autores. Sin embargo, la poca reproducibilidad de los experimentos
imposibilitó el escalado industrial.
•
No se detectaron diferencias significativas entre tratamientos de altas presiones
en el rango 0,1MPa-600 MPa realizados en equipos pilotos con descompresión
lenta de las muestras y equipos industriales con descompresión rápida.
•
Las modificaciones que ocurren a nivel de fracciones proteicas, tanto de
proteínas séricas como de caseínas, entre 600 MPa y 900 MPa guardan una
cierta relación con los resultados obtenidos con anterioridad entre 0,1MPa y
103 600 MPa. No se observaron cambios notables ni en la desnaturalización ni en
la solubilidad de proteínas.
•
No se observaron modificaciones significativas en la composición de los ácidos
grasos de la leche de vaca sometida a tratamientos de hasta 900 MPa, lo que
sugiere la inocuidad de esta tecnología en cuanto a la fase grasa.
•
Mientras que los tratamientos térmicos tradicionales aumentaron la
desnaturalización de proteínas minoritarias disminuyendo el valor nutricional
de los productos lácteos, los tratamientos mediante altas presiones no
modificaron dichos compuestos.
•
Los resultados obtenidos de muestras analizadas en el momento de finalizar el
tratamiento de altas frecuencias indican que con las combinaciones
tiempo/potencia utilizadas no se ha modificado significativamente la fracción
lipídica.
5.3.3
Tarea 3.3. Estudio de la homogenización por alta presión y/o de los
pulsos lumínicos en la descontaminación de la leche y productos
lácteos (Tecnologia y Calidad Láctea, S.L, Llet de Catalunya, S.L e
AZTI-TECNALIA).
Objetivos: Los objetivos planteados en esta tarea fueron los siguientes:
•
•
•
•
•
•
•
Identificar y seleccionar los productos para ser sometidos a tratamientos de
descontaminación.
Evaluar y optimizar la eficacia de los tratamientos sobre la descontaminación
microbiana de productos inoculados.
Estudiar la eficacia de la tecnología para inactivar la flora microbiana endógena de
los productos seleccionados.
Conocer el impacto del proceso sobre las propiedades tecnológicas y la calidad de
los productos tratados.
Estudiar la eficacia de la tecnología sobre la conservación y/o estabilización de los
productos seleccionados y en particular sobre la vida útil de éstos.
Evaluar los parámetros críticos para el establecimiento de un pliego de condiciones
para el proceso planteado.
Difundir y transferir los resultados.
Resumen ejecutivo:
El proyecto se estructuró en las siguientes etapas:
•
Identificación y selección de productos para ser sometidos a tratamientos de
descontaminación. Se realizaron las siguientes subtareas:
104 •
•
•
•
–
Vigilancia y actualización tecnológica: Recopilación y seguimiento de la
producción científica, patentes e información difundida en internet y medios
científicos (bases de datos científicas y difusión en general). En la vigilancia se
tuvo en cuenta el proceso, la matriz alimentaria (leche e ingredientes lácteos) y
los riesgos microbiológicos asociados a los productos contemplados.
–
Evaluación de las necesidades de la empresa.
–
Identificación de los productos y tecnologías más interesantes para la empresa.
–
Identificación de los parámetros de proceso de la tecnología seleccionada y
determinación de las condiciones de tratamiento iniciales.
Evaluación y optimización de la eficacia de
los tratamientos sobre la
descontaminación microbiana de productos inoculados. Se realizaron los siguientes
trabajos:
–
Caracterización del proceso y establecimiento de los límites de utilización de la
tecnología para los distintos productos seleccionados.
–
Optimización de las condiciones de tratamiento de productos inoculados.
–
Estimación de la letalidad microbiana: establecimiento del efecto de las
variables de proceso sobre la carga microbiana de los productos seleccionados.
–
Evaluación de la aptitud de la tecnología seleccionada para descontaminar los
productos previamente inoculados.
Eficacia de la tecnología para inactivar la flora microbiana endógena de los
productos seleccionados. Se realizaron los siguientes pasos:
–
Determinación de la eficacia de la tecnología para la inactivación de la flora
endógena.
–
Establecimiento de las condiciones de tratamiento para la inactivación de la
flora para cumplir los criterios microbiológicos contemplados en la legislación
alimentaria.
Estudio del impacto del proceso sobre las propiedades tecnológicas y la calidad de
los productos tratados. Se realizaron las siguientes subtareas:
–
Evaluación de la tecnología como proceso que permita la obtención de
productos lácteos de mayor calidad.
–
Evaluación de la tecnología como proceso que permita la obtención de nuevos
productos lácteos.
–
Evaluación de la tecnología que permita la obtención de productos lácteos con
propiedades tecnológicas mejoradas.
Eficacia de la tecnología sobre la conservación y/o estabilización de los productos
seleccionados y en particular sobre la vida útil de éstos.
105 •
•
–
Evaluación de la tecnología como proceso de conservación y estabilización de
leche y productos lácteos.
–
Establecimiento de las condiciones de tratamiento para la obtención de leche y
productos lácteos de mayor seguridad microbiológica.
–
Evaluación de la aptitud de la tecnología para obtener productos lácteos con
mayor vida útil, teniendo en cuenta los criterios microbiológicos legislados y la
evolución de las características físico-químicas y sensoriales durante el periodo
de almacenamiento.
Evaluación de los parámetros críticos para el establecimiento de un pliego de
condiciones para el proceso planteado.
–
Identificación de los parámetros críticos de proceso para la obtención de
productos lácteos de calidad.
–
Establecimiento del pliego de condiciones para el desarrollo e implementación
de un prototipo semiindustrial.
Difusión y transferencia de resultados.
–
Protección de los resultados de propiedad intelectual (en caso de obtención).
–
Difusión de los resultados mediante publicaciones científicas y artículos
divulgativos en medios de comunicación.
Resultados:
•
Identificación y selección de productos para ser sometidos a tratamientos de
descontaminación.
Mediante el análisis de las necesidades de la empresa y los resultados de vigilancia
tecnológica, se identificaron 2 familias de productos: leche y una gama de preparados de
fruta (como ingrediente para la elaboración de yogures con fruta). Inicialmente, las
tecnologías seleccionadas fueron: alta presión dinámica (homogeneización por altas
presiones) para el tratamiento de leche y alta presión estática para el tratamiento de los
preparados de fruta. Debido a problemas técnicos del equipo de homogeneización, el
proyecto se centró posteriormente en la tecnología de alta presión estática. Sin embargo,
también se comprobó la inadecuación de la alta presión estática para ser aplicada en leche
líquida (falta de homogeneización del producto). Paralelamente, la vigilancia tecnológica
permitió fijar unas condiciones de tratamiento así como los agentes microbiológicos a
analizar en las siguientes fases y la metodología de análisis más adecuada.
•
Evaluación y optimización de la eficacia de
los tratamientos sobre la
descontaminación microbiana de productos inoculados.
En esta fase se procedió a la selección, aislamiento y cultivo de microorganismos de interés
en el mantenimiento de la seguridad alimentaria para los preparados de frutas. Se
establecieron diferentes condiciones de cultivo de estos microorganismos (ej. diferentes
temperaturas para determinar la temperatura óptima de crecimiento), el sistema de
106 conservación de cada cepa, así como la metodología de inoculación para los productos
seleccionados. La incorporación del equipo de alta presión hidrostática en la planta piloto
de AZTI-Tecnalia en esta fase inicial del proyecto permitió la redacción y validación de un
protocolo de trabajo con productos inoculados para dicho equipo. Posteriormente se
pusieron a punto las metodologías para poder evaluar la eficacia de los tratamientos en
productos inoculados, así como la selección de parámetros iniciales a tener en cuenta
durante el tratamiento a partir de la vigilancia tecnológica realizada. Las pruebas con
producto inoculado se realizaron con cepas de moho y levadura típicas de los productos
tratados, de forma que se pudo evidenciar la validación de la tecnología para su
inactivación, así como optimizar los parámetros críticos del proceso.
•
Eficacia de la tecnología para inactivar la flora microbiana endógena de los
productos seleccionados.
En esta fase se realizaron experimentos con preparados de fruta. Inicialmente no se
pudieron evidenciar resultados de inactivación de la flora microbiológica endógena en
preparados de fruta azucarados (productos con pH y actividad de agua inadecuados para el
crecimiento bacteriano), y se optó por utilizar productos edulcorados (no azucarados),
donde se evidenció la eficacia del tratamiento de alta presión estática para la inactivación de
la flora endógena. Dichos tratamientos también se aplicaron en productos distintos a los
contemplados inicialmente (preparados de frutas obtenidos con operaciones unitarias
diferentes) debido a los resultados obtenidos. Los tratamientos evaluados fueron los
considerados como óptimos en anteriores ocasiones, de forma que se redujo
considerablemente el número y variedad de tratamientos ensayados.
•
Impacto del proceso sobre las propiedades tecnológicas y la calidad de los
productos tratados.
Los productos seleccionados inicialmente fueron reformulados para adaptarlos al
procesado por alta presión, siendo éstos validados tanto a nivel de textura (similar a la del
producto tradicional) como a nivel económico (repercusión económica del mismo en el
coste final de la formulación). Se obtuvieron óptimos resultados a nivel sensorial,
microbiológico y tecnológico, confirmando la adecuación de la tecnología y de los
tratamientos aplicados a los productos seleccionados.
•
Eficacia de la tecnología sobre la conservación y/o estabilización de los productos
elegidos y en particular sobre la vida útil de éstos.
Se demostró el mantenimiento de la vida útil de los preparados de fruta (aquellos cuya
formulación fue adaptada por motivos tecnológicos y procesados en condiciones óptimas
por alta presión estática). En ambos casos se mantuvieron en un estado óptimo a lo largo
de 3 meses. En ninguno de los casos evaluados se observó crecimiento microbiológico (no
hubo recuentos superiores al límite de detección). Estas determinaciones se realizaron
mediante un estudio con catadores expertos con el fin de medir la posible existencia de
diferencias entre distintos tratamientos de alta presión (2 tratamientos considerados como
óptimos) y muestras con tratamiento térmico convencional a lo largo del periodo de vida
útil estimado. Se realizó un proceso de entrenamiento del panel de catadores, diseñándose
107 una ficha de cata en la que se incluyeron cinco atributos sensoriales (visuales, táctiles y
olfativos), valorándose en una escala no estructurada del 0 al 10 su intensidad.
•
Evaluación de los parámetros críticos para el establecimiento de un pliego de
condiciones para el proceso planteado.
Se consideraron críticos los siguientes parámetros en caso de adaptación del proceso actual
de elaboración de preparados de fruta (tecnología térmica) por la tecnología de alta presión
estática:
–
Reformulación de los preparados de fruta.
–
Intensidad óptima de tratamiento.
–
Estimación de la producción anual / diaria (coeficiente llenado vasija, duración
del ciclo productivo, tiempo diario de funcionamiento de la máquina.
Atendiendo a diferentes tablas de productividad, se tuvieron en cuenta los siguientes
parámetros:
•
–
Coste de inversión del equipo.
–
Coste del tratamiento por kg procesado (incluido amortización del equipo,
repercusión del mantenimiento del mismo y costes energéticos).
–
Coeficiente de llenado de la vasija.
–
Proceso de carga y descarga de contenedores.
–
Envases del producto.
–
Sistema de descarga de los preparados.
Difusión y transferencia de resultados.
Tecnolat / Llet y AZTI-Tecnalia enviaron notas de prensa divulgativas sobre el presente
proyecto a numerosos medios de comunicación, siendo publicadas noticias en las webs de
Navactiva,
Alimentatec,
AZTI,
Basque
Research
y
Food
Quality
(http://www.foodquality.com/details/article/982845/High_Pressure_Processing_Renders
_Yogurt_Sweet_and_Safe.html) entre otras.
Conclusiones:
•
La tecnología de alta presión estática se considera adecuada para el tratamiento de
preparados de fruta para estabilización y conservación de los mismos como
alternativa al proceso de tratamiento térmico.
•
No se pudo evidenciar reducciones de la carga microbiana en preparados de fruta
azucarados, debido a que en todos se obtuvieron recuentos inferiores al límite de
detección. A nivel de análisis físico-químico (pH y ºBrix), no se evidenciaron
diferencias entre muestras tratadas y testigo.
108 •
Los tratamientos de altas presiones hidrostáticas de preparados de fruta
edulcorados, inoculados con levaduras y mohos específicos de preparados de fruta,
evidenciaron una inactivación significativa por debajo de los límites de detección,
así como su mantenimiento a lo largo del tiempo. Con respecto a la flora endógena,
los tratamientos optimizados de altas presiones dieron como resultado recuentos
microbiológicos (aerobios mesófilos) inferiores a los límites de detección a lo largo
de la vida útil del producto, resultando recuentos similares a las muestras obtenidas
mediante tratamiento térmico tradicional. En el análisis sensorial no se evidenciaron
diferencias estadísticas entre productos tratados y no tratados para ningún atributo
(p-valor > 0,05). En la evolución en el tiempo, se observaron diferencias
significativas para la adhesividad e intensidad del olor.
•
En el caso de tratamiento por altas presiones de preparados de fruta con
operaciones básicas adicionales (deshidratación, congelación…), fue necesario
adaptar las formulaciones.
•
Con respecto al pliego de condiciones para el establecimiento de un sistema semiindustrial, se consideraron críticos los siguientes aspectos:
–
Estimación de la producción anual / diaria: equipo empleado, volumen de la
vasija, coeficiente de llenado de la vasija, duración de los ciclos de tratamiento
(incluyendo la carga, descarga y el propio ciclo), tiempo de funcionamiento
diario de la máquina (producción + limpieza).
–
Características del equipo: Coste de inversión, coste tratamiento por kg
procesado, sistema de envasado (anterior al proceso de altas presiones),
material de envasado, proceso de carga y descarga de los contendores, sistema
de carga de los preparados en la línea de dosificación de preparados de fruta.
•
Inadecuación de la tecnología de altas presiones estáticas al tratamiento de leche
líquida para estabilización y conservación de la misma, como alternativa al proceso
de tratamiento térmico, por no producirse homogeneización de la fase grasa. Sin
embargo, sí que se ha observado una menor carga microbiana (mesófilos aerobios y
enterobacterias) en los distintos tratamientos con respecto al control. En la
valoración sensorial se advierte, en términos generales, que la leche tratada por esta
tecnología presenta menor intensidad de olor. A nivel físico-químico, no se
evidencian diferencias significativas en parámetros físico-químicos como extracto
seco, proteína, grasa, pH y acidez.
•
En la aplicación de la tecnología de altas presiones dinámicas en leche, tan sólo se
ha podido evidenciar una mayor reducción de la carga microbiana a mayor número
de ciclos del proceso, así como la ausencia de diferencias significativas en
parámetros como aw y pH entre muestras tratadas y no tratadas.
Con respecto al estudio de barotolerancia de bacterias de interés empleadas en la
elaboración de lácteos fermentados, se ha evidenciado la inactivación de mohos y
levaduras así como una reducción significativa de recuentos de Lactobacillus, cepas
responsables de las postacidificaciones.
109 5.3.4
Tarea 3.4. Procesado mínimo asistido por alta presión de alimentos
líquidos, viscosos o pastosos, incluyendo verduras o frutas en su
formulación (jugos, purés, cremas y sopas (Fundació Alícia e IRTA).
Objetivos: Los principales objetivos fueron:
•
Definir un procesado mínimo garantizando la seguridad alimentaria y la
conservación de las propiedades nutricionales y sensoriales de alimentos líquidos,
viscosos o pastosos (especialmente frutas y verduras) mediante la aplicación de las
altas presiones.
•
Desarrollar nuevas texturas para mejorar la aceptabilidad de estos alimentos
líquidos, viscosos o pastosos, procesados por alta presión.
•
Diseñar o modificar fórmulas y técnicas culinarias para optimizar la aplicación de
las altas presiones en alimentos líquidos, viscosos o pastosos
•
Obtener alimentos líquidos, viscosos o pastosos saludables y apetitosos que
favorezcan la ingesta a enfermos y personas de la tercera edad.
Resumen ejecutivo: Las investigaciones se dividieron en cinco partes:
•
•
•
•
•
Procesado de líquidos, viscosos o pastosos, donde se estudió el efecto de las altas
presiones sobre “sféricos”, encapsulados, espesantes y emulsionantes;
Estudio de concentrados de alimentos líquidos tratados con altas presiones. Se
investigó en destilados y reducciones aplicando las altas presiones para su
conservación.
Estudio de productos para regímenes alimentarios, donde se investigaron
elaboraciones culinarias para dietas específicas.
Evaluación de las altas presiones para obtener alimentos que faciliten la ingesta, en
la cual se estudió la obtención de productos por altas presiones para disfágicos.
Investigación de los efectos de las altas presiones en ingredientes y elaboraciones,
donde se estudió la preparación y conservación de salsas, de zumos y de un
preparado para pan con tomate.
Resultados:
•
Procesado por alta presión. Se descartó la aplicación de las altas presiones en
aceituna porqué afectan negativamente a su estructura. En cuanto a la presurización
de encapsulados de limón se demostró la inactivación del crecimiento de levaduras
durante al menos 3 meses en las condiciones estudiadas. También, se estudió el
efecto de la alta presión a lo largo del tiempo en la calidad microbiológica, físicoquímica y sensorial del caviar de melón (“sférico” de melón). En las condiciones de
estudio se pudo alargar a 91 días la vida útil del caviar de melón presurizado en
comparación con los 6 días del caviar de melón no presurizado.
110 •
•
•
A pesar de que las altas presiones permitieron higienizar el destilado de tierra, en
concreto reducen su microbiota (colonias aerobias y mohos y levaduras), la
microfiltración permitió una reducción considerable e inmediata de la microbiota
alcanzando hasta un año de vida útil. En este caso no será necesario recurrir a la
tecnología alternativa de altas presiones dado que la microfiltración es más sencilla y
económica. Ante estos resultados se consideró oportuno verificar sensorialmente el
efecto de la microfiltración en otros destilados. La microfiltración no modifica el
sabor de los destilados de manera que se estudió la posibilidad de adaptar la
membrana microporosa al equipo de destilación (Rotaval), para conseguir un
proceso integrado.
En cuanto a productos para regímenes especiales, se realizaron los estudios
previamente mencionados en la tarea 2.7.
En el estudio de elaboración de un preparado para pan con tomate se definieron las
materias primas a utilizar, fórmula y condiciones de presurización. Paralelamente se
profundizó en la técnica de liofilización para compararla con la tecnología de la alta
presión. Se trabajó con distintas salsas tradicionales sin observar una tendencia clara
en cuanto al mantenimiento de los atributos sensoriales con ninguna de las dos
técnicas.
Conclusiones:
•
La alta presión no es apta para “sféricos” de aceituna, ya que es un producto de
estructura muy débil. En cambio, sí que lo es para encapsulados y “sféricos” como
el caviar de melón.
•
La alta presión representa una alternativa a tratamientos convencionales de
higienización dado que respeta en mayor medida los atributos sensoriales de
“sféricos” y de preparados de tomate.
•
La alta presión modifica la textura de determinados productos, concretamente
gelifica soluciones de alginato sódico, gellan rígido y pectina. Estas modificaciones
de textura son interesantes en la definición y elaboración de productos para grupos
con determinados trastornos alimenticios tales como enfermos de cáncer y
disfágicos.
•
La alta presión permite un procesado mínimo garantizando la seguridad alimentaria
y la conservación de las propiedades nutricionales de alimentos sólidos y
preparaciones culinarias saludables y de alto interés nutricional (especialmente
frutas, verduras y pescado).
111 5.4
ACTIVIDAD 4: SUSTITUCIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO
CONVENCIONAL (TRANSFERENCIA DE CALOR) POR EL DE
ALTA FRECUENCIA (GENERACIÓN INTERNA DE CALOR)
5.4.1
Tarea 4.1. Estudio de nuevas técnicas de higienización, estabilización
y cocinado de vegetales por alta frecuencia (Ultracongelados Virto,
S.A, IRTA y CNTA).
Objetivos: El tratamiento térmico de escaldado contribuye a estabilizar en el tiempo las
características bioquímicas y sensoriales de los alimentos destinados a congelación,
realizando una esterilización parcial de la superficie e inhibiendo la actividad enzimática y
oxidativa. Esta fase previa a la etapa de congelación es imprescindible ya que las
temperaturas máximas utilizadas en los procesos de congelación resultan insuficientes para
la inactivación de los enzimas alterantes. Además, esta fase consigue eliminar el gas ocluido
en los tejidos, de forma que se limitan los fenómenos de oxidación. Sin embargo, el
escaldado presenta una serie de desventajas como son la pérdida de textura, color, sabor y
calidad nutricional. También es importante su impacto ambiental negativo debido a las
grandes cantidades de agua y energía que precisa y a las cantidades de efluentes que origina.
El lavado convencional y los agentes desinfectantes habitualmente utilizados alcanzan 1-2
ciclos logarítmicos de reducción de la población microbiana en condiciones de laboratorio;
estas reducciones pueden ser sustancialmente inferiores tras el lavado en la industria. Esta
eficacia no es suficiente para asegurar la seguridad microbiológica del producto en caso de
eliminar el escaldado y además puede provocar la reducción de la vida útil del alimento.
Por lo tanto es necesario el estudio y desarrollo de nuevas tecnologías desinfectantes que
inactiven los microorganismos que resisten al lavado convencional y a los métodos de
higienización actuales.
En este sentido, la aplicación de altas frecuencias ofrece una alternativa válida ya que se
trata de un tratamiento penetrante, que puede tener un efecto adicional sobre
microorganismos resistentes a los métodos “de contacto”, pero que además también puede
afectar los enzimas responsables de degradaciones que afectan negativamente la calidad
sensorial del alimento.
Además, esta tecnología podría ser una buena alternativa a otros procesos industriales
presentes en el procesado de verduras ultracongeladas como es su cocinado para la
obtención de nuevos productos listos para comer. Por lo tanto, con el principal objetivo de
proporcionar una alternativa a los tratamientos actuales de higienización y estabilización de
productos vegetales se plantearon los siguientes objetivos parciales sobre tres productos
(pimiento, patata y judía verde):
–
Definir un proceso de higienización adecuado que sustituya al escaldado en
aquellos vegetales en los que el problema de pardeamiento enzimático no
exista o sea poco acusado, pero en los que sí se detecta una disminución de
calidad debido al tratamiento térmico. El producto objeto de estudio fue el
pimiento.
112 –
Conseguir un proceso de higienización y estabilización como alternativa al
escaldado en determinados vegetales, que además de reducir la carga
microbiana inactive las polifenoloxidasas. El producto objeto de estudio fue la
patata.
–
Definir un proceso de cocinado de verduras alternativo a los actuales: cocinado
por vapor, horneado, etc. El objetivo era obtener verduras listas para comer. El
producto objeto de estudio fue la judía verde.
Para alcanzar este objetivo global, se realizó la tarea “Estudio de nuevas técnicas de
higienización, estabilización y cocinado de vegetales por altas frecuencias”, la cual se dividió
en distintas subtareas con los siguientes objetivos técnicos parciales:
–
–
–
–
–
Caracterización de los productos modelo para tratar por altas frecuencias. Se
realizaron las siguientes subtareas: Revisión bibliográfica y de patentes,
caracterización de materias primas y productos congelados (pimiento, patata,
judía verde), y definición de la metodología para la aplicación de los
tratamientos y la evaluación de resultados. El objetivo de dichas subtareas fue
conocer las características físico-químicas, nutricionales y microbiológicas de
los productos congelados objeto de estudio y de las materias primas. Estos
datos son la base para poder realizar un diseño experimental óptimo y contar
con unos valores de control que permitan evaluar objetivamente el efecto de
los tratamientos posteriores por alta frecuencia.
Proceso de higienización y estabilización mediante alta frecuencia como
alternativa al escaldado del pimiento. Se realizó el estudio del impacto de los
parámetros, tiempo y potencia sobre el pimiento, eficacia antimicrobiana e
inactivación enzimática. El objetivo fue evaluar el efecto del tratamiento de alta
frecuencia frente al tratamiento actual de escaldado. Concretamente se estudió
el efecto sobre la inactivación de microorganismos, tanto flora propia como
contaminantes, así como el efecto sobre las degradaciones producidas por
enzimas presentes en el producto.
Proceso de higienización y estabilización mediante alta frecuencia como
alternativa al escaldado de la patata. El objetivo fue similar al descrito
anteriormente.
Proceso de higienización y estabilización mediante alta frecuencia como
alternativa al escaldado en judía verde. El objetivo de esta subtarea fue obtener
un producto cocinado (listo para su consumo) mediante el tratamiento de alta
frecuencia. Para ello se estudió la eficacia antimicrobiana de tratamientos de
alta frecuencia, optimizándose el proceso en primer lugar en el equipo de
laboratorio y posteriormente en el equipo semiindustrial.
Estudio nutricional y sensorial del pimiento tratado por alta frecuencia y
estudio de vida útil del pimiento tras la congelación. El objetivo de estas
subtareas fue evaluar la eficacia de diversos tratamientos de alta frecuencia
sobre la calidad sensorial y nutricional de pimiento. Además se evaluó la
influencia de dicho tratamiento sobre la vida útil del producto.
113 –
–
–
Estudio nutricional y sensorial de la patata tratada por alta frecuencia, y
estudio de vida útil de la patata tras la congelación. El objetivo de esta subtarea
fue evaluar la eficacia de diversos tratamientos de alta frecuencia sobre la
calidad sensorial y nutricional de la patata. Además se evaluó la influencia de
dicho tratamiento sobre la vida útil del producto.
Estudio nutricional y sensorial de judías verdes tratadas por alta frecuencia, y
estudio de vida útil de judía verde tras congelación. El objetivo fue estudiar el
efecto tanto del cocinado convencional como del tratamiento de alta frecuencia
en la calidad sensorial y nutricional de la judía verde ya lista para el consumo.
Además se evaluó la influencia del tratamiento sobre la vida útil del producto.
Optimización del proceso de alta frecuencia para definir productos con
potencial comercial y estudio de su viabilidad técnico-económica. El objetivo
de esta tarea fue definir los procesos óptimos para cada tipo de producto y
conocer la viabilidad técnico-económica de la tecnología y más concretamente,
de los procesos seleccionados.
Resumen ejecutivo: En primer lugar se realizó la caracterización de los productos modelo
para tratar por alta frecuencia. Para ello se puso a punto la metodología necesaria para la
determinación de los siguientes parámetros que definen la calidad del producto:
•
Sensoriales: color, firmeza.
•
Microbiológicos: recuento de mesófilos aerobios, Coliformes totales, E.coli β
glucoronidasa (+),
investigación de S. coagulasa (+), Salmonella y detección
semicuantitativa de Listeria monocytogenes.
Además, el estudio se completó con la descripción de las características termodinámicas,
constantes dieléctricas y geometría del producto.
Se estudió la eficacia de la tecnología de escaldado por alta frecuencia en tres productos
distintos: patata y pimiento cortados en cubos de 1x1 cm y judía verde cortada en tiras de
4-5 cm. Los estudios se realizaron en una primera fase mediante un microondas de
laboratorio y, en una segunda fase, mediante un equipo microondas semiindustrial. En cada
producto se aplicaron diversos tratamientos, variando los siguientes parámetros: potencia
de microondas, tiempo de tratamiento, condiciones del entorno (vapor de agua, inmersión
en agua). Después de la aplicación de cada tratamiento se evaluó en el producto:
–
Color y Firmeza.
–
Recuento de mesófilos aerobios. Además se inoculó una cantidad conocida de
flora contaminante del producto (Listeria monocytógenes y Escherichia coli) y se
evaluó qué efecto tendría el tratamiento si se produjera una contaminación.
–
Actividad polifenoloxidasa en patata.
–
Clorofila total en judía verde.
La evaluación de los resultados permitió seleccionar los mejores tratamientos. Con ellos se
realizaron los correspondientes estudios de vida útil del producto congelado, en los que se
114 estudió la evolución de la calidad a lo largo del tiempo de almacenamiento. Los parámetros
de calidad evaluados fueron los siguientes:
–
Análisis microbiológico según el RD 3484/2000 para el GRUPO A de
alimentos.
–
Color, firmeza.
–
Actividad Polifenoloxidasa en el caso de la patata.
–
Caracterización sensorial: se realizó un análisis sensorial con un panel de cata
formado por técnicos del CNTA. Los parámetros evaluados fueron aspecto
(intensidad de color, defectos), olor (intensidad de olor, defectos), sabor
(intensidad de sabor, defectos), textura y valoración global.
En la última fase del proyecto se realizó un estudio que permitiera conocer la viabilidad
técnico-económica de la tecnología y más concretamente, de los procesos seleccionados.
Para ello, se realizó el análisis de los consumos necesarios: equipamiento, potencia, agua, así
como de otros parámetros de proceso que influyen en el rendimiento y por tanto, en la
rentabilidad del proceso, tanto del proceso actual como del proceso por alta frecuencia. Se
realizaron diversos contactos con las empresas fabricantes y comercializadoras de los
equipamientos de microondas a nivel industrial.
Resultados: A continuación se muestran los resultados obtenidos en el estudio de
aplicación de alta frecuencia en combinación con calor para el tratamiento de vegetales.
En el caso de la patata, el tratamiento más eficaz fue seleccionado en base a los resultados
obtenidos en los ensayos a escala laboratorio y en la posterior adaptación a condiciones
preindustriales. Este tratamiento consistió en la aplicación de 7,5 kW y 3 minutos de
permanencia del producto en la cavidad del túnel.
Los efectos de este tratamiento sobre el producto fueron:
– Recuentos microbiológicos similares a los obtenidos en el escaldado
tradicional.
– Inactivación efectiva de la polifenoloxidasa.
– Color y textura similares a los del escaldado tradicional.
A lo largo de la vida útil del producto, la evolución de los parámetros de color (Figura
5.4.1) y firmeza fue similar en ambos tratamientos, escaldado por microondas y escaldado
tradicional. En lo que respecta a la calidad sensorial, los resultados obtenidos fueron más
satisfactorios en el caso del producto tratado por alta frecuencia.
115 ESCALDADO
SEMANA 4
TRATADO MO
SEMANA 8
SEMANA 10
Figura 5.4.1. Aspecto de la patata escaldada por microondas o por el método convencional, a lo largo de 10 semanas de almacenamiento
a -5ºC.
En el caso del pimiento, en función de los resultados obtenidos a escala laboratorio y la
adaptación a las condiciones semiindustriales, se seleccionó el tratamiento de 9,1 kW
manteniéndose el producto en la cavidad del túnel durante 2 minutos. Después de la
aplicación del tratamiento se obtuvieron los siguientes resultados:
–
–
Recuentos microbiológicos similares a los obtenidos en el escaldado
tradicional.
Color y textura similares a los del escaldado tradicional.
A lo largo de la vida útil del producto, la evolución del color y la firmeza fue similar en
ambos tratamientos (Figura 5.4.2). En la evaluación sensorial, el producto escaldado por
alta frecuencia obtuvo mejores resultados que el producto escaldado por método
convencional.
116 TRATADO MO SEMANA 2
ESCALDADO
SEMANA 6
SEMANA 10
Figura 5.4.2. Aspecto del pimiento escaldado por microondas o por el método tradicional, a lo largo de 10 semanas de almacenamiento a -5ºC.
Para la judía verde, los tiempos de tratamiento durante los ensayos a escala laboratorio
fueron largos ya que el objetivo era conseguir un producto precocinado que pudiera
consumirse directamente después de su calentamiento en el microondas doméstico durante
2 ó 3 minutos. En todos los tratamientos se incorporó vapor. En base a los resultados
obtenidos y a la posterior adaptación a condiciones semiindustriales se seleccionó el
tratamiento más eficaz. Este tratamiento constaba de 2 fases: fase de subida a 10 kW de 3-4
minutos y fase estacionaria a 6 kW durante 14 minutos con posterior mantenimiento en la
cavidad del túnel durante 3 minutos. Los efectos de éste tratamiento fueron los siguientes:
–
–
Recuentos microbiológicos similares a los obtenidos en el escaldado
convencional.
Color y textura similares a los del escaldado convencional.
A lo largo de la vida útil del producto, la evolución de los parámetros de color (Figura
5.4.3) y firmeza fue similar en ambos tratamientos (escaldado por microondas y escaldado
convencional). En lo que respecta a la calidad sensorial, los resultados obtenidos fueron
más satisfactorios en el caso del producto tratado por alta frecuencia.
117 ESCALDADA
SEMANA 4
TRATADA MO
SEMANA 8
SEMANA 12
Figura 5.4.3. Aspecto de la judía verde escaldada por microondas o por el método tradicional, a lo largo de 12 semanas de almacenamiento
a -5ºC.
Después de definir los tratamientos óptimos y el flujo de proceso para cada tipo de
producto se realizó el estudio de viabilidad económica. Se evaluó el rendimiento y el
consumo de potencia, agua y el caudal de vapor para cada producto. Los resultados
proporcionaron una aproximación del consumo energético durante los procesos
optimizados para patata, pimiento y judía verde.
Para el pimiento y la patata los valores de potencia consumida se situaron en el mismo
rango. El tratamiento de judía verde supuso un incremento considerable en la energía
consumida, debido a la generación del vapor usado durante el tratamiento. Además es un
proceso discontinuo con un rendimiento bajo y con tiempos de tratamiento más elevados
que no superan los tiempos de tratamiento convencionales. En el proceso de judía verde se
añade también el gasto de agua de escaldado y agua de la caldera de vapor.
Conclusiones: En los tres casos, el escaldado por microondas obtuvo resultados
satisfactorios desde el punto de vista microbiológico y sensorial, consiguiéndose calidades
similares a las obtenidas con el escaldado tradicional.
118 5.4.2
Tarea 4.2. Aplicación de la alta frecuencia en la cocción-pasteurización
de platos preparados (Noel Alimentaria, SAU e IRTA).
Objetivos: La participación de NOEL Alimentaria SAU en el proyecto se centró en la
aplicación de la alta frecuencia como proceso alternativo a la pasteurización convencional
en su línea de comida preparada.
El tratamiento térmico con autoclave antepone la obtención de la seguridad microbiológica
a una serie de inconvenientes que condicionan tanto la producción como la calidad
sensorial y nutricional del producto final. La discontinuidad del procesado térmico en
autoclave afecta a la eficiencia de la línea de producción y la duración del mismo conlleva
un sobretratamiento de cocción de los componentes del producto, los cuales se ven
afectados negativamente en su textura y en su valor nutricional.
El objetivo del estudio fue la evaluación de la alta frecuencia como método alternativo de
tratamiento térmico, dónde además de garantizar la seguridad microbiológica de los
productos se pueda reducir el efecto negativo del tratamiento térmico en autoclave.
Se seleccionó el tratamiento por microondas por su rapidez y su potencial de procesado en
continuo, acortando los efectos negativos de la temperatura sobre los valores nutricionales
y sensoriales, sin olvidar la sostenibilidad industrial aportando competitividad al producto
final.
Las tareas realizadas se basaron en:
•
Caracterizar los componentes del producto, determinando su comportamiento
durante el incremento de temperatura provocado al ser sometidos a las microondas.
•
Optimizar el tratamiento mediante microondas para obtener un producto con
mejor calidad nutricional y sensorial garantizando su seguridad alimentaria.
•
Evaluar el envase más adecuado para el procesado en microondas del producto,
manteniendo la comodidad de uso por parte del consumidor final.
•
Validación del proceso y de la calidad del producto preparado a escala industrial.
Resumen ejecutivo: En una primera fase del proyecto se seleccionaron por valor
comercial dos productos modelo: lasaña boloñesa y lasaña vegetal.
Los componentes presentes en cada producto (relleno de boloñesa o vegetal, pasta,
bechamel y queso), fueron analizados individualmente en cuanto a parámetros físicoquímicos (humedad, grasa, proteínas y cenizas), termodinámicos (análisis
termogravimétrico (TGA), Diferential Scanning Calorimetry, (DSC)) y dieléctricos (tangente de
pérdida, distancia de penetración), con el objetivo de prever el comportamiento de cada
componente durante el incremento de temperatura.
Después de la caracterización de los componentes de los productos, se realizaron pruebas
preliminares para evaluar el comportamiento de los dos productos al ser tratados por
microondas. Se ensayaron diferentes potencias, tiempos y temperaturas de pasteurización
119 mediante un microondas doméstico con sistema de adquisición de temperatura a través de
fibra óptica.
El tratamiento que proporcionó mejores resultados en las pruebas preliminares se
seleccionó para estudiar el envase más adecuado a este producto y al consumidor. Para ello,
en un mismo tratamiento, se ensayaron varias combinaciones de materiales plásticos con
diferentes características.
Las lasañas boloñesas envasadas con la combinación de materiales más adecuada se evaluó
microbiológicamente antes y después de ser tratadas por microondas y comparadas con
muestras pasteurizadas convencionalmente. El mismo análisis fue realizado en macarrones
con salsa boloñesa que se considera un plato alternativo a la lasaña. Este producto fue
envasado en un envase desarrollado por NOEL, tratado por microondas de forma similar a
la lasaña boloñesa y analizado microbiológicamente antes y después de la pasteurización
por microondas y por el sistema convencional.
En una fase final, se validó el proceso de pasteurización por microondas con tres
productos actualmente comercializados con base a pasta con salsa (tortellinis al pesto,
rigatonis al formaggio y raviolis al funghi). Estos productos se envasaron con el mismo envase
desarrollado para los macarrones con salsa boloñesa y su pasteurización fue optimizada
teniendo en cuenta el tratamiento obtenido en los estudios anteriores.
Posteriormente, se seleccionó el plato de raviolis al funghi y el tratamiento respectivo para
escalar el proceso al nivel industrial.
Con el objetivo de validar la calidad microbiológica y sensorial del producto obtenido, se
realizó un estudio de vida útil de 60 días de almacenamiento en condiciones de
refrigeración. En este estudio se comparó el producto raviolis al funghi después del
tratamiento a escala industrial, piloto (microondas doméstico) y convencional.
Fue posible comprobar la eficiencia del proceso de pasteurización mediante microondas
después de la producción de un producto de calidad comparable al obtenido mediante el
proceso convencional.
Resultados:
•
Caracterización de productos modelo
Los productos modelo seleccionados, lasaña boloñesa (M1) y lasaña vegetal (M2), se
pueden dividir a su vez en varios productos como son el relleno boloñesa (M3), el relleno
vegetal (M4), la pasta hervida (M5), la salsa bechamel (M6) y el queso rallado (M7).
Cada producto se caracterizó en cuanto a parámetros físico-químicos, termodinámicos y
dieléctricos.
Determinación de los parámetros físico-químicos
Se determinó el contenido, en porcentaje de masa, de humedad, grasa, proteínas y de
cenizas de los componentes de la lasaña boloñesa y lasaña vegetal.
120 %
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Humedad
Cenizas
Proteinas
Grasa
45,76
75,35
78,43
75,39
85,89
81,82
62,99
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
Figura 5.4.4. Parámetros de composición de los productos lasaña boloñesa y vegetal y de cada una de las fases que los componen, sin
pasteurizar.
Los dos tipos de lasaña presentaron una composición química parecida aunque la lasaña
boloñesa presentó porcentajes de grasa, proteínas y cenizas superiores a las de la lasaña
vegetal.
Parámetros Termodinámicos
Se utilizaron dos técnicas de análisis termodinámico. La primera fue la termo-gravimetría o
TGA que mide las pérdidas de masa (en alimentos estas pérdidas son principalmente agua)
durante el calentamiento entre 25ºC y 100ºC y la termo-calorimetría de barrido o DSC que
mide la evolución de los flujos de calores con respecto a la temperatura de la muestra. Con
esta última técnica se puede calcular el calor específico Cp de las muestras que se relaciona
con la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de la muestra un grado
centígrado.
Cp (KJ/KG/ºC)
1,4
Perdida de masa (%)
50
1
40
0,8
30
0,6
20
0,4
Perdida de masa (%)
Cp (kJ/KG/ºC)
1,2
60
10
0,2
0
0
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
Figura 5.4.5. Parámetros termodinámicos de los productos lasaña boloñesa y vegetal y de cada una de las fases que los componen, sin
pasteurizar.
121 Los resultados obtenidos en TGA indicaron que a partir de los 40ºC, el relleno vegetal
pierde más masa, es decir agua, que el relleno de carne. De forma similar, el queso y la pasta
hervida empezaron a perder masa entre 41ºC y 45ºC. Con respecto a la bechamel se obtuvo
un producto estable que casi no perdió masa hasta los 95ºC.
Parámetros Dieléctricos
Para los productos y componentes estudiados, se calculó la tangente de pérdida (ε’’/ε’), que
muestra la transparencia del material a las microondas y la distancia de penetración de las
microondas en la muestra.
Los resultados de la tangente de pérdida y de la distancia de penetración están inversamente
relacionados, de forma que los valores más elevados registrados para la tangente de pérdida
corresponden a los más bajos obtenidos para la distancia de penetración.
La tangente de pérdida más elevada se registró en las muestras de queso, correspondiendo a
una menor transparencia y mayor absorción de microondas. Las muestras de pasta hervida
presentaron los valores más bajos de tangente de pérdida, representando la fase más
transparente a las microondas.
Se verificó que la tangente de pérdida aumenta considerablemente a temperaturas de
ebullición en muestras de salsa boloñesa.
•
Definición del envase
En condiciones de mercado las lasañas se presentan en un doble envase: el producto se
encuentra dentro de una bandeja de aluminio y posteriormente esta bandeja se coloca
dentro de otra bandeja de plástico termosellada con un film con propiedades de alta
barrera.
Debido a la incompatibilidad de uso del aluminio como material de envase en un
tratamiento por microondas se planteó la necesidad de eliminarlo para el estudio de la
tecnología de pasteurización con microondas de platos precocinados.
Se evaluaron diferentes envases (bandeja, film y válvula de escape de vapores/perforación
del film) con distintas propiedades (tipo de material, espesor, tipo de sellado pelable/nopelable, anti-vaho, resistencia física y espacio de cabecera) y dimensiones para evaluar el
más adecuado y superar los problemas asociados al tipo de proceso y de producto en
estudio. Todos los envases evaluados tenían como características los siguientes elementos:
–
Bandeja de plástico resistente a temperaturas superiores a 100ºC.
–
Film termosellado con propiedades de alta barrera para evitar el deterioro del
producto y con cierta elasticidad para aguantar una parte del vapor generado.
Los envases seleccionados para realizar los estudios desarrollados durante el proyecto
fueron:
–
Envase NOEL sin bandeja de aluminio original (con o sin hoja de separación
de producto, ej. pasta y salsa)
–
Envase para lasañas o productos similares, optimizado en cooperación con
Cryovac en el ámbito de la actividad 4.5 del proyecto FUTURAL.
122 La estanqueidad de los envases fue verificada mediante el uso del sistema DOPAK, tras el
almacenamiento de muestras durante 16 h a 4ºC. Todos los envases que carecían de roturas
en la soldadura fueron testados positivos hasta una presión de 0,45 bares.
•
Optimización del proceso mediante microondas (doméstico)
–
Tratamiento microondas vs registro de temperaturas
Muestras de lasaña boloñesa y vegetal fueron sometidas a varios tratamientos de
pasteurización mediante microondas a escala piloto (tipo doméstico). Inicialmente se
ensayaron 3 potencias (250 W, 440 W y 900 W) y 3 tiempos (2, 5 y 10 min).
El registro de temperaturas durante cada tratamiento fue obtenido mediante sondas de
fibra óptica insertadas en diferentes puntos del producto.
Figura 5.4.6. Perspectiva del interior del microondas. Lasaña vegetal con sondas de fibra óptica insertadas en el producto por la parte superior
justo antes del tratamiento.
Los resultados obtenidos indicaron que la aplicación de una potencia media (400 W) y en
particular alta (900 W), provocaron un calentamiento rápido del producto generando vapor
en el interior del envase. El vapor formado provocó una extensión del film ejerciendo una
presión interna capaz de romper el sellado. Este estiramiento del film provocó que las
sondas de temperatura insertadas se desplazaran produciendo lecturas incorrectas durante
el calentamiento del producto.
La aplicación de una potencia de 250 W provocó un calentamiento más suave y mejoró la
adquisición de datos de temperatura. Sin embargo, en los estudios posteriores se optó por
insertar las sondas a través de las paredes laterales del envase.
–
Tratamiento del plato precocinado “Lasaña boloñesa”
Se envasaron muestras con pesos variables entre 320-330 g de lasaña boloñesa en
materiales Cryovac, aptos para microondas y autoclave, con propiedades anti-vaho y con
sellado no pelable. El espacio de cabeza entre el film y el producto fue de 1,5 cm y el film
fue perforado (agujero con un diámetro de 7,5 mm) antes de su tratamiento.
El tratamiento aplicado se realizó en dos fases: una fase de subida de temperatura a 8085ºC seguido de una fase mantenimiento durante 6 min. El perfil del tratamiento está
representado en la Figura 5.4.7.
123 100
90
80
Temperatura (ºC)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
780
840
Tiempo (s)
centro
borde
Figura 5.4.7. Perfil de temperatura promedio en el centro y en los bordes del plato.
A continuación se retiró la lasaña del horno y se tapó la perforación del film con una
etiqueta con propiedades barrera para evitar la contaminación.
El valor de pasteurización P obtenido para este proceso (subida + mantenimiento)
correspondiente a un microorganismo target con una temperatura de referencia (Tref) de
70 ºC y un valor z= 10 ºC fue de P = 92 min en el centro del producto.
Se registró una velocidad de calentamiento de este producto de 0,13 ºC/s tanto en el
centro como en los laterales.
Para evaluar la eficiencia de este tratamiento se realizó un estudio de vida útil, en el cual se
compararon las muestras resultantes del tratamiento representado en la figura 4 con
muestras procesadas convencionalmente por autoclave, se incluyó una muestra control sin
procesar. El estudio se realizó después de 30 y 60 días de almacenamiento en refrigeración.
Los resultados obtenidos indicaron que el proceso convencional en autoclave redujo los
aerobios totales 3,7 log unidades. El tratamiento alternativo en microondas fue capaz de
reducir la carga microbiana inicial por un valor de 3,9 log.
–
Tratamiento de platos precocinados compuestos por pasta y salsa
Se realizaron pruebas de optimización de la pasteurización mediante microondas de 4
platos distintos de pasta con salsa: (a) macarrones con salsa boloñesa, (b) tortellinis al pesto,
(c) raviolis al formaggio y (d) rigatonis al funghi, presentados en la Figura 5.4.8.
124 a
b
d
c
Figura 5.4.8. Platos preparados por NOEL (sin pasteurizar); (a) macarrones con salsa boloñesa, (b) tortellinis al pesto, (c) rigatonis al
formaggio y (d) riaviolis al fungí.
Este estudio tuvo como objetivo evaluar la aptitud de las microondas en la pasteurización
de platos preparados con pasta y envasados en un nuevo sistema de envasado desarrollado
por NOEL. Las muestras fueron sometidas a los respectivos tratamientos sin perforación
del film superior.
El seguimiento del calentamiento fue registrado en 4 zonas diferentes: salsa en el centro
(corazón), salsa lateral (lateral del envase), pasta y aire/pasta.
•
Macarrones con salsa boloñesa
El plato precocinado “macarrones con salsa boloñesa” fue sometido a un tratamiento
similar al establecido para lasaña boloñesa.
120
110
100
90
Temperatura (ºC)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
60
120
180
240
300
360
420
480
540
600
660
720
Tiempo (s)
Salsa centro
Salsa borde
Macarron espacio
Macarron cavidad
Figura 5.4.9. Perfil de temperatura promedio de la salsa centro, salsa borde, dentro de la cavidad de los macarrones o en el espacio entre los
macarrones.
El valor de pasteurización P de este proceso (subida + mantenimiento) correspondiente a
un microorganismo target con una temperatura de referencia (Tref) de 70 ºC y un valor z=
10 ºC fue para la zona más fría (macarrón dentro de cavidad) de P = 7,5 min. En la salsa
cerca del lateral se calculó un valor P de 116 min.
125 La velocidad de calentamiento registrada para este producto fue de 0,44 ºC/s para la salsa
del centro; 0,20 ºC/s para la salsa del lateral y aproximadamente de los 0,15 ºC/s en la
pasta. Al contrario de lo observado para la lasaña, este plato presentaba velocidades de
calentamiento muy distintas según la fase del producto siendo la salsa del centro del envase
la que presentó un mayor calentamiento.
El tratamiento de macarrones con salsa boloñesa fue sometido a un estudio de vida útil, en
el cual se verificó la letalidad obtenida en muestras tratadas por microondas y tratadas
convencionalmente. Los aerobios totales iniciales de la muestra control fueron 5,5 log para
la salsa y 4,9 log en la pasta. El proceso convencional en autoclave redujo los aerobios
totales en la salsa 3,5 log. El tratamiento alternativo en microondas fue capaz de reducir la
carga microbiana inicial en la salsa por un valor de 2,0 log. La reducción en cuanto a la
pasta fue 3,0 log y de 2,6 log para el proceso de autoclave en comparación con el proceso
por microondas.
El resto de productos (tortellinis al pesto, rigatonis al formaggio y raviolis al funghi) se sometieron
a diferentes tratamientos para reducir la heterogeneidad de temperaturas observada durante
el calentamiento de macarrones con salsa boloñesa. Para ello, se introdujeron una o más
fases de reposo durante la subida de temperatura. A continuación se representa el perfil de
temperaturas obtenido para los raviolis al funghi.
Tratamiento 10 ‐ 2min30 a 250 W + 8min a 0 W + 8min a 100 W + 10min reposo
110
100
90
Temperatura (ºC)
80
70
60
50
40
30
20
10
Salsa (2cm)
0
0
200
400
600
800
1000
Salsa (4cm)
1200
1400
Ravioli
1600
1800
Tiempo (s)
Figura 5.4.10. Perfiles de temperatura de los diferentes componentes del plato preparado raviolis al funghi tras el procesamiento por microondas
piloto. Los valores representados son medias de cómo mínimo 2 réplicas.
La comparación de las figuras 5.4.9 y 5.4.10 muestra que el diferencial de temperatura entre
la capa que alcanza menor temperatura y la que alcanza mayor temperatura pasó de
aproximadamente 40ºC en el caso de los macarrones, a aproximadamente 20 ºC en el caso
de los raviolis al funghi. Las modificaciones aplicadas permitieron reducir la heterogeneidad
de temperaturas entre las distintas fases del producto y todas las fases del producto
superaron la temperatura de 70 ºC durante el proceso de pasteurización.
•
Escalado del proceso mediante microondas semiindustrial
126 El escalado de la pasteurización de platos precocinados a escala semiindustrial fue realizado
con el plato raviolis al funghi.
En la figura siguiente se representa el perfil de temperaturas obtenido después del
tratamiento.
2min30 a 8 kW + 8min a 0 kW + 5min a 4 kW + 10min reposo
110
100
Temperatura (ºC)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Salsa(2 cm)
0
0
200
400
600
800
1000
Salsa (4 cm)
1200
1400
Ravioli
1600
1800
Tiempo (s)
Figura 5.4.11 Perfiles de temperatura de los diferentes componentes del plato preparado raviolis al funghi tras el procesado por microondas
semiindustrial. Los valores representados son medias de como mínimo 2 réplicas.
Contrariamente a los resultados obtenidos con el microondas piloto, donde se observó que
la salsa se calentaba más rápidamente que la pasta, en el microondas semiindustrial se
observó que la salsa se calentaba más lentamente que la pasta. El proceso de calentamiento
era mucho más homogéneo, el diferencial de temperatura entre la capa que alcanzó menor
temperatura y la capa que alcanzó mayor temperatura fue de aproximadamente 10ºC,
superando en todos los casos los 90ºC.
Este hecho se debió a la posición de los magnetrones dentro de la cavidad del microondas
industrial respecto a un microondas doméstico.
•
Estudio de vida útil del plato precocinado “Raviolis al funghi”
Finalmente se realizó el estudio de vida útil del plato raviolis al funghi pasteurizado según el
tratamiento de la figura 8 con una perforación de 7,5 mm. Este producto se comparó con
una muestra pasteurizada con métodos convencionales y una muestra control.
127 Figura 5.4.12. Estudio de vida útil del plato raviolis al funghi pasteurizado con autoclave y microondas. Los valores representados son medias
de como mínimo 2 réplicas.
Los resultados mostraron que la perforación del film permitió alcanzar temperaturas más
elevadas en el interior del producto y por tanto aumentó la eficacia del proceso en la
reducción de la carga microbiana. La calidad microbiológica del producto pasteurizado
mediante microondas fue comparable a la calidad del producto pasteurizado mediante
autoclave convencional.
•
Aplicación a la línea de producción (pasteurización y etiquetado)
A la hora de aplicar la pasteurización por microondas a escala industrial se consideró
necesario realizar una rigurosa planificación de la línea de producción para garantizar la
correcta integración del proceso.
En la planificación debían tenerse en cuenta las modificaciones que deben aplicarse al
envase (perforación), los ciclos de calentamiento y mantenimiento de la temperatura
durante la pasteurización, el posterior procesado del envase (sellado) y el enfriamiento final
para garantizar la máxima eficiencia del trabajo en continuo.
Figura 5.4.13. Posible configuración de la línea de pasteurización y etiquetado.
En la figura 5.4.13 se muestra una posible configuración de la línea de pasteurización y
etiquetado que permite la automatización del proceso. Debía colocarse un módulo que
perforase el envase antes de que los productos pasasen por el microondas. Debían preverse
los ciclos de calentamiento y mantenimiento de la temperatura a realizar durante el proceso
de pasteurización. Finalizada la pasteurización debía incluirse un módulo de etiquetado que
128 cubriera el orificio con una etiqueta con propiedades barrera para evitar contaminaciones
posteriores y finalmente un módulo de enfriamiento del producto.
Conclusiones:
•
Para una correcta aplicación de la técnica de pasteurización mediante alta frecuencia
a platos preparados, es imprescindible una caracterización del producto a tratar a
nivel físico-químico, termodinámico y dieléctrico.
•
Es necesario optimizar el envase y las condiciones envasado del producto. El
espacio de cabeza entre el producto y el film es un parámetro crítico.
•
El sistema de procesado del producto envasado incluye un sistema que realice un
pequeño orificio, que permita liberar los vapores generados durante el proceso de
pasteurización por alta frecuencia. El posterior procesado del envase debe tener en
cuenta que dicho orificio debe ser cubierto con una etiqueta con propiedades
barrera para evitar contaminaciones.
•
La potencia aplicada durante el tratamiento en el microondas debe ser moderada
para conservar la integridad del envase. La combinación ciclo de calentamiento,
ciclo de reposo, ciclo de calentamiento, ciclo de reposo final permite obtener una
calidad microbiológica del producto comparable a la del tratamiento convencional,
evitando deformaciones en el envase.
•
Se comprobó que la eficacia del tratamiento depende de la composición de cada
uno de los componentes del producto y de las características del microondas. La
posición de los magnetrones del microondas es un parámetro crítico a la hora de
asegurar la regularidad del tratamiento como mostraron las diferencias obtenidas
entre el tratamiento con microondas piloto y el tratamiento con microondas
industrial.
•
Por lo que respecta a la calidad microbiológica del producto, el pasteurizado
mediante altas frecuencias es igual de efectivo que los sistemas de pasteurización
tradicionales.
•
La calidad sensorial de los productos obtenidos mediante el pasteurizado por alta
frecuencia es aceptable y ajustable a las expectativas que genera un plato de comida
preparada sin pasteurizar.
•
Finalmente, respecto a la viabilidad industrial del proceso, se podría concluir que el
proceso es económicamente viable, pero es necesaria una gran inversión inicial que
debe tener en cuenta la correcta elección del microondas y una buena configuración
de la línea de producción que debe incluir un sistema de perforación del envase
antes de la pasteurización y su sellado mediante una etiqueta con propiedades
barrera después de la misma. Por lo que el sistema de pasteurización por
microondas es menos versátil que los procesos de pasteurizado tradicionales.
129 5.4.3
Tarea 4.3. Estudio del cambio de frecuencia sobre la inactivación
microbiana en productos lácteos (Danone, S.A e IRTA).
Objetivos: El objetivo principal planteado en este proyecto fue el de conocer el efecto de
las ondas electromagnéticas en leches fermentadas y de su efecto letal y subletal en la flora
microbiana y prebiótica.
Para alcanzar este objetivo se plantearon las siguientes subtareas:
•
Desarrollo de un equipo de altas frecuencias de barrido para tratamiento de
productos alimentarios envasados o no.
•
Estudio de la inactivación microbiana no térmica en diferentes rangos de altas
frecuencias, en leche y en leche fermentada, y elección de las frecuencias donde la
inactivación microbiana sea debida en mayor medida a un efecto no térmico.
•
Inactivación de la flora microbiana en leche y leches fermentadas tratadas por altas
frecuencias.
Resumen ejecutivo: Hasta el momento, la frecuencia más utilizada para los tratamientos
térmicos con ondas electromagnéticas era la de 2450 MHz. Con el presente proyecto se
quiso ampliar el rango de aplicación de esta frecuencia, y se desarrolló, conjuntamente con
la empresa EODISS, un equipo de frecuencia de 5800 MHz para el estudio de los
tratamientos de productos lácteos y leches fermentadas.
El equipo convencional de uso doméstico que fue utilizado en el proyecto, fue un equipo
de la marca Panasonic modelo NNT 251W Inverte con una frecuencia de 2450MHz y con
una potencia máxima real de 650W. La parte superior del equipo fue modificada para
incorporar receptores de sondas de temperaturas marca Microwave Work Station.
El microondas desarrollado por EODISS e IRTA tardó un año en ser fabricado y con la
llegada de este último se amplió el rango de estudio (2450MHz y 5800MHz).
Con estas dos frecuencias, y con un solo producto de estudio, se realizaron varios ensayos a
lo largo del proyecto. La primera parte fue la calibración de los equipos siguiendo la
normativa internacional IEC 60705. La segunda, fue la determinación del tipo de envase a
utilizar. Para la realización de este segundo test, se eligieron 3 envases distintos en los
cuales se realizaron, para cada uno de ellos, ensayos a 3 potencias y 3 tiempos de aplicación
diferentes. En cada uno de los ensayos y mediante las sondas correspondientes se
determinaron los incrementos de temperatura respecto al tiempo de aplicación (dT/dt). El
producto base para este segundo ensayo fue una leche fermentada procedente de producto
comercial.
La tercera parte del proyecto fue determinar los parámetros tecnológicos del proceso a cada
una de las frecuencias elegidas. Se determinaron los perfiles de temperatura con las mismas
sondas de fibra óptica y se obtuvieron los incrementos de temperatura respecto a los
tiempos de aplicación (dT/dt).
130 Finalmente con los parámetros tecnológicos elegidos se realizó un último estudio. Se
evaluó la inactivación de determinados microorganismos con los parámetros tecnológicos
definidos, para cada una de las frecuencias evaluadas (2450 MHz y 5800MHz).
Resultados: El equipo obtenido mediante la colaboración de EODISS e IRTA es el
presentado en la Figura 5.4.13. La potencia máxima diseñada fue de 700W, y se le modificó
la parte posterior para incorporar los receptores de temperatura (Microwave Work Station).
Figura 5.4.14. Microondas 5800 MHz
Para el diseño del envase se utilizó el microondas 2450MHz. Se observó que en función del
tipo de envase la velocidad de calentamiento del producto era diferente. En el caso de la
placa de petri se utilizaron 30 ml de producto, en cambio para el resto de los envases se
utilizaron 90 ml. (Figura 5.4.14). En la Figura 5.4.15, se representan los incrementos de
temperatura respecto el tiempo de calentamiento del producto en función de los envases
utilizados. Se observó que el frasco de plástico roscado de tapón rojo (Deltalab, ref.409703)
fue el que más incremento de temperatura experimentó.
a
b
c
Figura 5.4.15. Ejemplo de los envases utilizados a) placa de petri, b) Frasco de plástico roscado (Deltalab, ref.409703 c) Frasco de plástico
roscado (Serviquimia, ref.2022845).
131 Figura 5.4.16. Relación del incremento de la potencia con el incremento de la velocidad de calentamiento en función del tipo de envase utilizado
en una leche fermentada.
El envase seleccionado, fue el de tipo circular de 5.8 cm de altura y 9 cm de diámetro
(Serviquimia ref. 202845) que se utilizó para el resto de los ensayos.
Con el microondas 5800 MHz, se realizó un estudio para estudiar la velocidad de
calentamiento que experimentó el producto seleccionado en un rango de varias potencias.
El microondas de 5800MHz indica los segundos que debe de estar el magnetrón abierto y
los que debe de estar cerrado. En la Figura 5.4.15, se indica el incremento de temperatura
respecto el tiempo de aplicación y en función de los segundos en abierto (on) y en cerrado
(off) en el producto seleccionado.
Figura 5.4.17. Velocidad de calentamiento de la leche fermentada con un microondas de 5800MHz a diferentes tiempos de abertura del
magnetrón.
Existen varias combinaciones para obtener una misma potencia. Se varió el tiempo de
apertura del magnetrón y por lo tanto se varió la velocidad de calentamiento del producto
evaluado.
En el caso de la prueba 3 y 4 (3s on y 3s off; 5s on y 5s off) se quiso obtener un 50% de
potencia, pero se configuró la abertura del magnetrón del microondas con dos tiempos de
aplicación. Se observó que la velocidad de calentamiento del producto era diferente. A más
tiempo de abertura le correspondió más velocidad de calentamiento.
132 Para la inactivación de la flora microbiana se realizaron varios ensayos en diferentes días y
temperaturas de conservación. El análisis microbiológico se realizó siguiendo los
protocolos de DANONE.
En la Tabla 5.4.1 se muestran los datos más relevantes obtenidos en este ensayo con las
reducciones microbiológicas más destacadas y obtenidas en los distintos ensayos realizados.
Tabla 5.4.1. Reducciones microbiológicas y parámetros térmicos obtenidos durante los diferentes ensayos.
2
2
2
2 3
3
3
3
Reducción Reducción Reducción Reducción Reducción Reducción Reducción Reducción pH (1 d) Log[ufc/ml] Log[ufc/ml] Log[ufc/ml] Log[ufc/ml] Log[ufc/ml] Log[ufc/ml] Log[ufc/ml] Log[ufc/ml] 1d 30d 60d 90d 1d 30d 60d 90d 4
4
dT/dt ºC/s Potencia utilizada1 W
Tiempo (s) 0,61±0,04 220±15 190 3,4 3,5 2,2 ‐0,3 ‐0,5 ‐0,2 ‐1 ‐2,6 4,31 4,33 4,345 4,27 0,66±0,04 240±14 190 ‐1,9 ‐1,5 ‐1,9 ‐1,9 ‐5 ‐4 ‐7,2 ‐7,2 4,35 4,39 4,39 4,37 1,18±0,10 428±36 60
1,8 1,4 ‐0,2
‐2,5
‐0,1
‐0,6
‐0,8
‐2,2
4,28
4,28 4,32 4,31 1,71±0,12 622±44 50 1,4 0,5 ‐3,3 ‐4,2 ‐0,5 ‐1,5 ‐1,7 ‐2,7 4,27 4,27 4,32 4,31 1,58±0,06 572±22 60
‐3,8 ‐1,2 ‐4,2
‐4,3
‐4,2
‐5,2
‐3,7
‐4,6
4,32
4,3 4,33 4,34 pH (30d) pH (60 d) pH (90 d) 4
4
1. Potencia utilizada en 90 ml de producto para generar calor
2. Microorganismo 1 conservado a 4ºC
3. Microorganismo 2 conservado a 4ºC
4. pH control a 90 días para los experimentos de 5.8 GHz fue de 4,19 y de 4,00 para
los experimentos a 2,45 GHz
A los 90 días de almacenamiento y con la máxima potencia utilizada para calentar los 90ml
de producto, hubo una reducción microbiológica para el microorganismo 1 de -4.3 log
(ufc/ml) y -4.6 log (ufc/ml) para el 2. Por lo tanto donde se observó una reducción
superior fue en los tratamientos de más potencia.
Conclusiones:
•
•
•
•
•
El envase fue un factor clave para el diseño del tratamiento ya que afecta a la
velocidad de calentamiento del producto.
El calentamiento del producto depende de la potencia y del tiempo de aplicación de
ésta.
La reducción microbiológica debida al incremento de temperatura fue
independiente del tipo de onda utilizada (2450 MHz ó 5800MHz).
La frecuencia que proporcionó el mejor tratamiento para la inactivación microbiana
térmica fue 2450 MHz con una potencia del 66% con respecto a la potencia
máxima del equipo.
En este trabajo se estableció y trabajó con una geometría única para los productos
lácteos ya que es de elevada importancia el concepto geometría/frecuencia para un
mismo producto.
133 5.4.4
Tarea 4.4. Estudio del efecto de los procesos térmicos por generación
interna de calor (microondas, radiofrecuencias y ultrasonidos) sobre el
valor nutricional, textura y conservación de alimentos y preparaciones
culinarias (Fundació Alícia e IRTA).
Objetivos: Los objetivos fueron los siguientes:
•
Optimizar, mediante procesos físicos de generación interna de calor, el tratamiento
térmico de alimentos y preparaciones culinarias, con un mínimo impacto sobre las
propiedades sensoriales y nutricionales de los alimentos.
•
Estudiar la influencia de los procesos físicos de generación interna de calor sobre la
textura, para mejorar la aceptabilidad de los alimentos.
•
Obtener modificaciones de alimentos que favorezcan la ingesta a enfermos y
personas de la tercera edad.
•
Diseñar, modificar y buscar nuevas aplicaciones para elaborar alimentos mejorados
mediante el uso de hornos microondas.
•
Diseñar o modificar fórmulas y técnicas culinarias para optimizar el uso de
procesos físicos de generación interna de calor en alimentos.
Resumen ejecutivo: Las investigaciones correspondientes se dividieron en seis partes:
•
•
•
•
•
•
Aplicaciones culinarias de la generación de energía interna mediante microondas,
como por ejemplo geles. También se investigó el uso de un microondas de nueva
generación con control de temperatura.
Investigación para la obtención de texturas especiales obtenidas con microondas
(“sféricos”, exudados y espumas).
Estudio de productos para regímenes alimentarios, donde se investigaron
elaboraciones culinarias para dietas específicas.
Calor interno para obtener alimentos que permitan la ingesta, de manera que los
esfuerzos se centraron en la obtención de purés y flanes sin huevo mediante
microondas.
Investigación con Ultrasonidos. Se estudiaron las posibles aplicaciones culinarias de
los ultrasonidos.
Estudio del proceso de descongelación de los alimentos. Se trabajó en la
descongelación de merluza y langostinos mediantes distintos tipos de microondas.
Resultados: La participación de la Fundació Alícia en esta tarea permitió generar nuevos
conocimientos en la aplicación de las tecnologías de las altas frecuencias en sus
preparaciones gastronómicas. Se destacan los resultados siguientes:
Se estudiaron elaboraciones como por ejemplo el desuerado de yogur y calentamiento de
espuma de chocolate. En cuanto al desuerado del yogur, no se encontraron grandes
diferencias respecto a la extracción del líquido a las distintas potencias, aunque se apreció
134 un mayor rendimiento en las muestras tratadas a 432 W. La capacidad de desuerado del
yogur no se vio afectada por la adición de zumo de limón en la concentración estudiada. Se
verificó que la espuma de chocolate es un producto muy delicado que no se puede calentar
por microondas sin perjudicar su estructura.
Se desarrolló y patentó un microondas experimental que permite controlar las cocciones
mediante una sonda infrarrojo y con el que se prepararon elaboraciones culinarias,
definiendo las condiciones óptimas de uso.
Se comparó el funcionamiento del nuevo microondas con el microondas convencional en
el comportamiento de los gelificantes, descongelación de pescado y marisco y obtención de
exudados de frutas.
En cuanto al comportamiento de los gelificantes, se identificaron los más adecuados para
un procesado por microondas a la vez que se observó que la hidratación/gelificación de los
geles era más rápida con el método convencional, excepto para la metilcelulosa que alcanzó
mayor velocidad de calentamiento con el microondas a 243 W. Del mismo modo, se
observó que el gel carragenato iota era más deformable que los geles de gelatina cola de pez
y de agar-agar y que los métodos que más se acercaban a la textura obtenida por el método
convencional eran el microondas a 243 W para el agar-agar y a 900 W para la gelatina cola
de pez. No se observaron diferencias de textura entre los distintos métodos utilizados para
la gelificación del carragenato iota. Tampoco se observaron diferencias de textura entre los
distintos métodos de calentamiento del gel formado de agar-agar.
Se compararon distintos métodos de descongelación de merluza y langostinos en nevera,
con el microondas convencional y con el microondas experimental de la Fundació Alícia.
Para reducir notablemente el tiempo de descongelación en nevera, los dos tipos de
microondas fueron muy eficientes. La pérdida de peso aumentó ligeramente con las
descongelaciones con microondas. En concreto, en la descongelación de merluza el
microondas experimental permitió reducir más el tiempo de descongelación sin observar
una pérdida de peso superior al microondas convencional. En la descongelación del
langostino se consiguió un menor tiempo de descongelación con el microondas
convencional aunque por el contrario la pérdida de peso fue mayor.
En cuanto a la obtención de exudados de fruta se estudió el caso de exudado de kiwi y de
fresa. En la obtención de exudado de kiwi por microondas convencional se observó que el
azúcar facilitaba la exudación aportando una superior intensidad de sabor dulce llegando a
resultar excesivo. Contrariamente el sabor ácido no incrementó el porcentaje de exudado y
aportó notas ácidas al producto. Los mejores resultados desde un punto de vista sensorial y
de exudación se obtuvieron con un 5% de azúcar y con la mezcla de ácido y azúcar.
En el exudado de fresas se observaron los mismos efectos descritos anteriormente para el
exudado de kiwi. En este caso los mejores resultados desde un punto de vista sensorial y de
exudación también se obtuvieron con la mezcla de ácido y azúcar.
También se estudió la obtención de exudado de fresa y kiwi con el microondas
experimental de la Fundació Alícia. Se observaron resultados similares a los obtenidos
anteriormente con el microondas convencional: el azúcar puede llegar a ser excesivo pero
permite aportar sabor dulce y facilita el exudado. La temperatura está directamente
135 relacionada con la cantidad de exudado. La combinación de azúcar y ácido permite
equilibrar el sabor y mejorar el rendimiento del exudado de fresa pero no del de kiwi en el
que se obtuvieron buenos resultados tanto con azúcar como con limón.
En cuanto a productos para regímenes especiales, se realizaron los estudios referenciados
en la tarea 2.7. Se investigó la formulación de flanes sin huevo por microondas destacando
que la velocidad de calentamiento de los flanes fue superior con el método convencional
respecto al microondas experimental. Con la gelatina cola de pez no se observaron
diferencias. Con el carragenato iota sí se observaron diferencias aunque éstas deberían
estudiarse con mayor detalle para poder seleccionar la mejor técnica de elaboración.
El estudio realizado con ultrasonidos fue una primera aproximación para evaluar sus
posibilidades culinarias. Los resultados obtenidos no fueron muy alentadores.
Conclusiones: El estudio del efecto de los procesos térmicos por generación interna de
calor (microondas, radiofrecuencias y ultrasonidos) sobre el valor nutricional, textura y
conservación de alimentos y preparaciones culinarias y el desarrollo de tecnologías de
envasado compatibles con estos procesos ha permitido:
•
Estudiar la elaboración mediante microondas de desuerado de yogur y el
calentamiento de una espuma de chocolate. Éste último sin resultados interesantes,
a diferencia del desuerado de yogur en que se han definido los parámetros para
obtener el mayor rendimiento del yogur en la obtención del desuerado.
•
Desarrollar y patentar un microondas con control de temperatura, alcanzando así el
control de la cocción.
•
Comparar el funcionamiento de un microondas convencional respecto de un nuevo
microondas desarrollado y patentado por la Fundació Alícia. En concreto el
calentamiento de productos gelificados, la descongelación de pescado y marisco y la
obtención de exudado de frutas. La hidratación y gelificación de geles es más rápida
con el microondas convencional. El nuevo microondas controla mejor el proceso
de descongelación permitiendo según el producto reducir el tiempo de
descongelación y las pérdidas de peso por descongelación. En cuanto al exudado de
frutas el microondas convencional calienta de forma más agresiva por lo que el
tiempo necesario de proceso es en general menor. El microondas experimental es
más fácil de utilizar y más cómodo y permite tener un mayor control de la
temperatura durante el proceso y del producto final evitando sobrecalentamientos.
•
Desarrollar una receta de flan sin huevo mediante microondas apta para
intolerantes al huevo, enfermos de cáncer, y disfágicos.
•
Tener una primera aproximación de las posibilidades de la aplicación de los
ultrasonidos en cocina, aunque ésta resultó de poco interés culinario.
136 5.4.5
Tarea 4.5. Cambios en las propiedades de los materiales de envase en
la sustitución del tratamiento térmico convencional por el de altas
frecuencias (Sealed Air Packaging S.L.U y IRTA).
Objetivos: Las tareas en las que participó Sealed Air en el marco de la actividad 2 y en el
de la actividad 4 se plantearon desde el punto de vista de tecnología de envasado con un
mismo objetivo: analizar los posibles cambios en las propiedades de los materiales del
envase después de ser sometidos a los nuevos procesos de conservación/regeneración de
alimentos, bien por pasteurización por alta presión (Tarea 2.2) bien por tratamiento por
altas frecuencias (Tarea 4.5), adaptándose a las necesidades exigidas del proceso y
estudiando, a su vez, las ventajas ofrecidas de los nuevos procesos tecnológicos respecto a
los convencionales.
En altas frecuencias se estudió el efecto del proceso en uso doméstico (regeneración por
microondas) o industrial (pasteurización por microondas o descongelación por
radiofrecuencias) sobre estas matrices (cárnica, de pescado y vegetal) envasadas en
combinaciones adecuadas de materiales plásticos, optimizando envase y tecnología al
mismo tiempo.
En esta tarea y en la de la Actividad 2, el objetivo último tras la validación previa realizada
con los modelos fue la de optimizar y adecuar las condiciones del proceso a la tecnología
de envasado más conveniente para productos reales (cárnicos, de pescado o vegetales).
A su vez, los resultados obtenidos de análisis de las propiedades mecánicas, de
permeabilidad al oxígeno (OTR) y de migración global para los materiales seleccionados
antes y después de su procesado por altas presiones o altas frecuencias se compararon con
la finalidad de verificar la existencia o no de diferencias causadas por la tecnología aplicada.
Resumen ejecutivo: las actividades realizadas por Sealed Air Cryovac e IRTA tituladas
“Cambios en las propiedades de los materiales de envase en la presurización ultrarrápida.
Pasteurización por alta presión. Combinación de la alta presión con otras técnicas de
conservación” y “Cambios en las propiedades de los materiales de envase en la sustitución
del tratamiento térmico convencional (transferencia de calor) por el de altas frecuencias
(generación interna del calor)” se desarrollaron siguiendo un mismo eje común y,
adecuando en cada caso, los mejores sistemas y materiales de envasado a la nueva
tecnología de procesado de los alimentos.
Así pues, durante el período inicial del proyecto, se recopilaron los materiales plásticos de
interés para ser evaluados con el tratamiento por alta presión y por procesado por alta
frecuencia. Las tecnologías de envasado SimpleSteps y en Bolsa termoretráctil fueron
seleccionadas para ser evaluadas en ambos procesos de conservación/regeneración.
Análogamente, la tecnología Darfresh® y Bolsa VPP se seleccionaron para su uso en alta
presión y el sistema Lidding y N’Oven, para el procesado por alta frecuencia.
En ambas actividades, el objetivo final fue estudiar los posibles cambios en las propiedades
de los materiales de envase después de la aplicación de la tecnología, el posible efecto en la
matriz alimentaria contenida en el envase o del propio proceso, la adecuación entre el
137 envase y la tecnología, y las ventajas de los nuevos procesos tecnológicos respecto a los
convencionales.
Para ello se elaboraron modelos alimentarios estándar con base cárnica, de pescado y
vegetal. A continuación, estos modelos fueron envasados mediante las tecnologías de
envasado citadas anteriormente, se procesaron y se estudió el efecto envase-tecnología
como paso previo a la realización de estudios de análisis sensorial y de vida útil en
productos reales, pudiéndose así comparar las ventajas/inconvenientes de las nuevas
tecnologías respecto a los procesos convencionales.
En el procesado por alta presión se seleccionaron 7 tratamientos combinando presión (500
ó 600MPa), tiempo (6 ó 10 minutos) y temperatura (7, 15 ó 40ºC).
Para la regeneración por calor en microondas piloto se establecieron 3 potencias de estudio
250W, 440W y 900W. En cuanto a la pasteurización por microondas industrial se trabajó a
diferentes potencias, velocidades de proceso y de forma continua o discontínua (batch). En
microondas piloto la temperatura objetivo de regeneración se situó entre 90 y 100ºC,
mientras que para la pasteurización por microondas industrial el rango se estableció entre
65 y 85ºC según el producto.
Para la descongelación por Radiofrecuencias el rango de temperatura se estableció entre 20ºC y -2ºC para los productos envasados. Se utilizaron dos tipos de electrodos (de
polaridad doble o simple) según la altura del producto y se modificaron los parámetros de
tensión, distancia entre electrodos y velocidades de cinta para optimizar y reducir el tiempo
de descongelación. Se estableció este rango ya que la descongelación por radiofrecuencias
alcanza hasta los -2ºC (tras este valor se da un cambio de fase) y también porque la mayoría
de productos congelados están a – 20ºC.
En el procesado por alta frecuencia (microondas y radiofrecuencias) los perfiles de
temperatura del producto se registraron mediante sondas de fibra óptica o mediante
datalogger (Picoµwave, TMI-ORION).
En alta presión se identificaron varios productos cárnicos para su tratamiento: curados
enteros (jamón curado deshuesado), loncheados ibéricos (salchichón, chorizo, caña de
lomo, paleta ibérica), frescos (panceta con corteza), cocidos (roast beef con/sin aditivos) y
productos a base de hígado de pato (foie). En cuanto a productos de la pesca se procesaron
diferentes especies de pescado crudo (salmón, pescadilla, rape), cocidos con salsa (sardinas
en escabeche, pulpo a la Gallega, gambas al ajillo) y platos preparados (merluza con
verduras). Los productos de origen vegetal seleccionados fueron los siguientes: vegetales
frescos laminados (champiñones en salmuera), platos preparados (escalibada) y salsas
(triturado de tomate). Para los productos en formato industrial se utilizó la tecnología de
envasado en bolsa termoretráctil o en bolsa VPP, mientras que la tecnología Darfresh y
SimpleSteps fue la empleada para unidad consumidor. Los parámetros de proceso
aplicados se modificaron según la tecnología, envase y producto a evaluar.
En alta frecuencia, la actividad se subdividió en tres partes: regeneración por calor en
microondas doméstico, pasteurización por microondas industrial y descongelación por
radiofrecuencia. Los productos seleccionados para la pasteurización o regeneración por
microondas fueron principalmente platos preparados: albóndigas en salsa, lasaña de carne,
138 pastel de pescado, pulpo a la Gallega, colas de langostino al ajillo, merluza con verduras,
pisto de verduras y escalibada. En la descongelación por radiofrecuencias se procesaron
lomos de cerdo enteros, rodajas de pez espada, albóndigas, guisantes y judías verdes. Para
los productos de formato industrial se utilizó la tecnología de envasado en bolsa
termoretráctil, mientras que la tecnología Lidding, N’Oven y SimpleSteps fue la
seleccionada para unidad consumidor. Las condiciones de presión/temperatura/tiempo
aplicadas se modificaron en función del producto a procesar.
El objetivo en ambas actividades fue obtener productos envasados con la combinación más
adecuada de materiales plásticos aptos para el procesado por alta presión o alta frecuencia,
garantizando seguridad alimentaria, mayor vida comercial, con mejores características
sensoriales y mejorando la capacidad de producción al poder reducir el tiempo de
procesado respecto a las tecnologías convencionales (autoclave). Para verificar la eficacia de
estas tecnologías se realizaron análisis físico-químicos, sensoriales y microbiológicos en el
producto procesado y se compararon con el producto no tratado. En las aplicaciones en
que se consideró necesario se realizaron los tratamientos convencionales de conservación
(autoclave) para evaluar las ventajas e inconvenientes de este tratamiento frente a las nuevas
tecnologías propuestas.
A su vez, se realizaron diferentes ensayos para el estudio de las propiedades mecánicas, de
resistencia a la apertura, de permeabilidad al oxígeno (OTR) y de migración global de los
materiales plásticos procesados por alta presión en las condiciones más extremas
(40ºC/10minutos/600MPa), comparándolos con los resultados obtenidos en los materiales
no tratados.
En altas frecuencias se realizó el análisis visual, de hermeticidad mediante el sistema de
estanqueidad Dopac (Cryovac) y de migración establecido por Cryovac para platos
preparados.
Resultados: Se estudiaron 11 combinaciones de materiales plásticos en sistema
SimpleStep, Lidding o N’Oven para estudiar los procesos de regeneración/pasteurización
por microondas de los modelos cárnico, pescado y vegetal. También se seleccionaron 9
combinaciones con tecnología de envasado SimpleStep, Lidding o bolsas termoretráctiles
para el estudio de la descongelación de los modelos mediante radiofrecuencia.
Durante el calentamiento/pasteurización por microondas se genera vapor en el interior del
envase en mayor o menor cantidad según el contenido de agua del modelo estudiado. En el
sistema Lidding o N’Oven se debe permitir la salida del vapor generado en el interior del
envase y, especialmente durante la pasteurización por microondas industrial, para evitar la
pérdida de la hermeticidad por rotura de la zona de soldadura, pudiendo incluso provocar
deformaciones del envase. Se evaluaron diferentes válvulas y sistemas para la salida de
vapores. Para este sistema de envasado, la velocidad de calentamiento y el tiempo necesario
para alcanzar la temperatura objetivo fue debida únicamente a la potencia de tratamiento.
Por el contrario, en la tecnología SimpleSteps hubo otro factor que jugó un papel muy
importante: el vapor. Éste es primordial para el buen funcionamiento de esta tecnología de
envasado, ya que permite la cocción rápida al vapor del producto contenido mediante la
139 formación de una burbuja por separación física entre la base y la tapa (Figura 5.4.16). Este
fenómeno se produce de forma eficaz a potencias altas, mientras que a potencias bajas se
observaron tiempos demasiado largos y falta de homogeneidad en la temperatura alcanzada
en diferentes puntos del producto. Las curvas de temperatura-tiempo obtenidas en el
procesado de los modelos a 250W de potencia en todas las combinaciones de bandeja y
film evaluados corroboraron el sistema de funcionamiento de tipo pulsado del microondas
piloto. A potencias superiores este efecto se vió atenuado por la inercia termodinámica del
producto. Tras ser evaluados los modelos, se procedió al estudio de la regeneración por
microondas piloto de platos preparados envasados con la tecnología SimpleStep
(albóndigas en salsa, pulpo a la Gallega, colas de langostino al ajillo y merluza con verduras)
y la lasaña de carne en N’Oven.
Los resultados obtenidos de estos estudios y el mejor conocimiento del funcionamiento de
los diferentes sistemas y materiales plásticos utilizados, permitieron seleccionar los envases
y productos más adecuados para pasteurización por microondas industrial para conocer los
beneficios del nuevo proceso respecto a la pasteurización convencional por autoclave. Los
productos y tecnologías de envasado seleccionadas fueron lasaña de carne, pisto de
verduras y pastel de carne para N’Oven, y el sistema Lidding para la escalibada. Los
resultados obtenidos en la pasteurización en continuo por microondas industrial de lasaña
con carne en el sistema N’Oven fueron microbiológicamente similares a los obtenidos por
autoclave, obteniéndose reducciones de 3 Logs respecto al producto no procesado,
verificándose así la efectividad de la nueva tecnología con un tiempo de tratamiento
inferior. Los ensayos de pasteurización por microondas industrial en batch del pisto
confirmaron su mayor efectividad respecto al proceso en continuo, valorándose
sensorialmente mejor el producto en batch en cuanto a aspecto, olor y flavor respecto a un
pisto comercial. En cuanto al procesado por microondas industrial de la escalibada
envasada en sistema lidding, se obtuvo un producto mejor valorado a nivel sensorial que el
pasteurizado por autoclave, evitándose a la vez el crecimiento de microorganismos
alterantes durante un mínimo de 60 días, con una reducción 4 veces inferior al tiempo de
procesado respecto del sistema convencional. Los materiales superaron satisfactoriamente
los diferentes tratamientos de pasteurización aplicados sin observarse deformaciones o
roturas en la zona de soldadura. La hermeticidad fue verificada con el sistema Dopac.
En cuanto a la descongelación por radiofrecuencia se verificó la efectividad del electrodo
de polaridad doble para productos envasados de baja altura (bandejas) y el electrodo de
polaridad simple para productos de tamaño industrial envasados en bolsas termoretráctiles,
evidenciándose en ambos casos la importancia de los dos primeros electrodos mediante las
curvas de temperatura obtenidas. Se observaron resultados muy similares para un mismo
tipo de modelo, verificándose la repetitividad del proceso y de la metodología de trabajo
aplicada. La composición del alimento, y en especial el contenido en agua, fue el factor más
importante para la descongelación del alimento por radiofrecuencia. El material de envase
no interfirió en el funcionamiento del proceso. Tampoco se vio afectado durante la
descongelación por radiofrecuencia siempre que no estuviera compuesto de resinas con
iones que produjeran descargas eléctricas en el túnel.
En los diferentes ensayos realizados para la descongelación de productos comerciales, se
obtuvieron reducciones en el tiempo de descongelación importantes respecto a una
140 descongelación a temperatura ambiente o de refrigeración. En los ensayos realizados para
el procesado por radiofrecuencias de lomos de cerdo de peso aproximado 3 Kg se redujo
entre 4.8 y 6 veces el tiempo respecto a la descongelación a 20ºC y 4ºC, respectivamente
(Figura 5.4.18).
Los materiales plásticos seleccionados debían ser aptos para procesar alimentos tipo “platos
precocinados” por microondas industrial para su pasteurización y/o calentamiento por
microondas doméstico. Los materiales evaluados por microondas superaron
satisfactoriamente los ensayos de migración para un factor de reducción de 3. En cuanto a
los materiales plásticos tratados por radiofrecuencia, al no haber un incremento de la
temperatura crítica para el material procesado (temperaturas entre -20ºC y -2ºC±2) no fue
necesario la realización de estos análisis.
1
2
3
4
Figura 5.4.18. Proceso de regeneración del pulpo envasado con la tecnología SimpleStep a potencia 900W durante 75 segundos. Detalle del
producto con las sondas insertadas por la parte inferior (1), formación de la burbuja de cocción durante el procesado (2), imagen del producto al
finalizar el calentamiento dentro del microondas (3) y después de 5 minutos (4).
141 Figura 5.4.19 Aspecto de la escalibada control (izquierda), autoclave (medio) y procesada por microondas industrial (derecha) con la tecnología
Lidding.
Figura 5.4.20. Imagen de la descongelación de lomos de cerdo envasados en bolsa termoretráctil
Conclusiones: Los sistemas Simple Streps®, n’Oven® y lidding son adecuados para la
regeneración de productos en microondas domésticos, habiéndose demostrado que las
migraciones se mantienen dentro de los parámetros admitidos por la legislación alimentaria
vigente (Reglamento10/2011; L12 de 15.01.2011). En cuanto a los procesos de
pasteurización en microondas continuos, sólo los sistemas n’Oven® y lidding son capaces
de soportarlo, mediante la realización de una perforación que permite el venteo del
producto durante su procesado. Estos procesos de pasteurización continua reducen
significativamente los tiempos de procesado actuales y mejoran las propiedades sensoriales
del producto final respecto del producto tratado por autoclave ya que el producto ha sido
sometido menos tiempo al tratamiento térmico. Además estos procesos permiten mejorar
los flujos actuales de producto en la industria (son más discontinuos).
En cuanto al tratamiento por alta frecuencia, se puede concluir que es un sistema adecuado
para procesos de descongelación de piezas grandes de carne o pescado que pueden estar
envasadas al vacío en bolsas termoretráctiles. Los principales beneficios que aporta esta
tecnología son que permite acelerar los procesos de descongelación, minimiza las pérdidas
y mejora la calidad sensorial del producto. El envase protege el producto durante todo el
proceso y mantiene intactas sus propiedades de permeabilidad y mecánicas.
142 5.5 ACTIVIDAD
ENVASADO
5.5.1
5.
DESARROLLO
DE
NUEVOS
SISTEMAS
DE
Tarea 5.1. Optimización de las condiciones de extracción de los
compuestos fenólicos presentes en diferentes corrientes residuales de
la industria cervecera (Grupo Mahou-San Miguel, GAIKER y USC).
Objetivos: Los objetivos planteados por el Grupo Mahou-San Miguel para la correcta
realización de las tareas del proyecto fueron los siguientes:
•
Identificar y cuantificar los compuestos fenólicos presentes en los extractos
naturales obtenidos a partir de corrientes residuales del proceso cervecero.
•
Fraccionar los diferentes compuestos fenólicos del extracto natural.
•
Verificar la capacidad antioxidante y antimicrobiana del extracto natural.
•
Purificar el extracto con el fin de mejorar su color mediante fraccionamiento por
columna LC-18 y por fluidos supercríticos (SFE).
•
Definir las condiciones de extracción y escalado industrial para la obtención de una
cantidad suficiente de extracto para las actividades del proyecto.
Resumen ejecutivo: Se optimizaron los procesos de obtención de compuestos
polifenólicos a partir de dos corrientes residuales del proceso de elaboración de la cerveza.
Los procesos que se desarrollaron para la obtención de los compuestos polifenólicos
partieron de dos corrientes residuales distintas del proceso cervecero, una proveniente del
procesado de materia prima y la segunda, obtenida del mismo proceso de elaboración de
cerveza.
Se identificaron y cuantificaron los polifenoles activos del extracto procedentes de la
corriente residual seleccionada. Dado que el extracto obtenido a partir de la corriente
residual del proceso cervecero presentaba una actividad antioxidante muy superior a la
obtenida a partir del residuo obtenido en el procesado de materia prima, se seleccionó el
empleo del primero para las siguientes etapas del proyecto. La actividad antioxidante de los
extractos obtenidos presentaba una EC50 entre 0.23 – 0.45 g/L, siendo por tanto entre 5 y
10 veces más activo que el BHT.
Los compuestos fenólicos presentes en el extracto se identificaron por HPLC-DAD. Se
optimizaron los métodos cromatográficos con el fin de seleccionar las condiciones que
permitieran una mejor separación de los diferentes compuestos polifenólicos. También se
realizó una identificación positiva de los compuestos polifenólicos por HPLC-ESI-TOF.
Finalmente, se realizó el fraccionamiento de los extractos mediante cromatografía
semipreparativa, con el objeto de facilitar la identificación y cuantificación de los
compuestos polifenólicos presentes en el extracto.
El extracto seco presentó una elevada capacidad antioxidante y un elevado contenido
fenólico que se mantuvo prácticamente constante cuando fue sometido a elevadas
temperaturas.
143 La capacidad antimicrobiana en el extracto fue efectiva frente a los microorganismos
evaluados. El ensayo de efectividad antimicrobiana se basó en el Standard Test method for
determining the Antimicrobial Activity of Inmobilizied Antimicrobial Agents Under Dynamic Contact
conditions ASTM 2149-01. Se observó que para una concentración baja de microorganismos
103 (concentración habitual en este tipo de situación cuando empieza la contaminación en
el producto cárnico) el agente activo era efectivo con una reducción logarítmica de 2 a los
principales microorganismos de interés: Escherichia coli (E. Coli); Listeria monocytogenes;
Salmonella spp; Escherichia coli 0157:H7; Staphylococcus aureus; Aerobios totales y Clostridium
botulinum.
La purificación y mejora del color (menor color) del extracto se realizó mediante
fraccionamiento por columna LC-18 y fluidos supercríticos (SFE). El ensayo de
fraccionamiento, tanto por columna LC-18 como por SFE bajo distintas condiciones
experimentales, permitió obtener distintas fracciones que fueron analizadas por HPLCDAD-UV. El fraccionamiento mediante la columna LC-18 permitió una mejor separación
de los polifenoles simples que el SFE, pero en la purificación por SFE se consiguió una
mejor separación de los polifenoles complejos (no identificados por HPLC), que quedaron
retenidos en su mayor parte en la celda. En ambas técnicas en relación al color se consiguió
separar fracciones de distintas coloraciones, pero las fracciones con una coloración más
intensa presentaron la mayor actividad antioxidante.
Finalmente, se realizó el escalado piloto industrial para la obtención del extracto. En este
escalado industrial se observaron problemas de extracción, viendo necesario realizar
extracciones sucesivas (tres extracciones) para conseguir la cantidad de aditivo necesaria
para realizar las siguientes pruebas previstas en el proyecto.
Resultados: Dado que los extractos polifenólicos obtenidos presentaban una actividad
antioxidante muy superior a la de los obtenidos a partir de la cascarilla de cebada, se
seleccionaron los primeros en las siguientes etapas del proyecto.
Figura 5.5.1. Muestra de extracto obtenido a partir de una corriente residual del proceso cervecero
La variable de mayor importancia en el proceso de obtención de los polifenoles, y que
necesitaba ser objeto de una optimización, era la relación entre la fase orgánica y la fase
acuosa, así como el número de etapas durante el proceso de extracción. Cabe destacar que
el rendimiento de la extracción oscilaba entre 0,4 y 1,8 g de extracto/L de licor,
observándose una gran diferencia en el rendimiento de extracción en función de esta
variable.
144 La verificación de la capacidad antioxidante del extracto seco sin incorporar en el film se
determinó como la concentración de extracto necesaria para conseguir un 50% de
inhibición del radical DPPH (EC50). El extracto seco obtenido demostró tener una
actividad antioxidante similar a la que presentaban los extractos obtenidos a escala de
laboratorio, aproximadamente 10 veces superior a la que presenta el antioxidante sintético
de referencia BHT (EC50 = 2,8), comúnmente utilizado en la industria alimentaria. La
actividad antioxidante de los extractos obtenidos presentó una EC50 entre 0.23 – 0.45 g/L
Figura 5.5.2. Relación licor/acetato de etilo obtenido en la primera extracción
Se realizó un estudio para cuantificar la capacidad antimicrobiana y establecer los
porcentajes exactos de muerte celular y reducción logarítmica del extracto. Se observó que
para una concentración baja de microorganismos 103 (concentración más habitual en este
tipo de situación cuando empieza la contaminación en el producto cárnico) el agente activo
era efectivo con una reducción logarítmica de 2 sobre los principales microorganismos de
interés. (Ver Tablas 5.5.1 y 5.5.2).
145 Tabla 5.5.1. Recuentos de células viables de los distintos microorganismos (ufc/ml) para la sustancia ensayada y muerte celular expresada en
reducción logarítmica
CON
C.
0h
24H / 48H **
Red
Red
MUESTRA
1,20E+06
AEROBIOS
LMO
SALMONELLA
STAPHYLOCO
CCUS
E. COLI
H7 O157
CLOSTRIDIUM
(1)
1%
3%
1%
3%
3%
3%
CONTROL
Log10
1,20E+06
1,30E+06
1,30E+06
2,30E+03
2,30E+03
2,30E+03
2,30E+03
2,70E+03
2,70E+03
2,50E+03
2,50E+03
4,30E+03
4,30E+03
4,10E+03
4,10E+03
1,80E+03
1,80E+03
1,80E+03
1,80E+03
3,50E+03
3,50E+03
3,40E+03
3,40E+03
4,60E+03
4,60E+03
4,50E+03
4,50E+03
3%
---
---
---
---
---
---
---
72H
MUESTRA
CONTROL
<10
1,30E+06
<10
8,90E+05
<10
2,20E+03
<10
2,10E+03
<10
2,60E+03
<10
2,50E+03
<10
3,90E+03
<10
4,20E+03
<10
1,80E+03
<10
1,90E+03
<10
3,60E+03
<10
3,20E+03
2,30E+02
4,40E+03
5,30E+02
4,60E+03
Log10
5
2
2
2
2
2
1
Red
MUESTRA
CONTROL
<10
1,50E+06
<10
*
<10
2,20E+03
<10
*
<10
2,60E+03
<10
*
<10
3,80E+03
<10
*
<10
1,60E+03
<10
*
<10
3,70E+03
<10
*
1,70E+02
4,60E+03
3,40E+02
4,10E+03
*Sólo se hizo una réplica del control
**48H Clostridium, 24H el resto de m.o.
NOTA: el cálculo de la reducción logarítmica= log10 C – log10 M , siendo C: Control (valor medio) y M: Muestra (valor medio). (1) Los
ensayos de Clostridium se prolongaron hasta los día 6 y 7 pero no se observó una mayor muerte celular, la reducción log10 se mantuvo en
1.
146 Log10
5
2
2
2
2
2
1
Tabla 5.5.2. Recuentos de células viables de los distintos microorganismos (ufc/ml) para la sustancia ensayada y muerte celular expresada en
porcentaje
CON
C.
0h
MUESTRA
1,20E+06
CONTROL
24H / 48H **
%M
Celular
1,20E+06
MUESTRA
CONTROL
<10
1,30E+06
--AEROBIOS
1%
1,30E+06
1,30E+06
2,30E+03
2,30E+03
3%
2,30E+03
2,30E+03
2,70E+03
2,70E+03
<10
8,90E+05
<10
2,20E+03
STAPHYLOCO
CCUS
1%
2,50E+03
2,50E+03
4,30E+03
4,30E+03
<10
2,10E+03
<10
2,60E+03
4,10E+03
4,10E+03
1,80E+03
1,80E+03
<10
2,50E+03
<10
3,90E+03
3%
1,80E+03
1,80E+03
3,50E+03
3,50E+03
<10
4,20E+03
<10
1,80E+03
CLOSTRIDIUM
(1)
3%
<10
1,90E+03
<10
3,60E+03
<10
*
<10
2,20E+03
<10
*
<10
2,60E+03
<10
*
<10
3,80E+03
<10
*
<10
1,60E+03
<10
*
<10
3,70E+03
3,40E+03
<10
3,20E+03
<10
*
4,60E+03
4,60E+03
2,30E+02
4,40E+03
4,50E+03
4,50E+03
5,30E+02
4,60E+03
99,54
99,61
99,74
99,38
99,73
1,70E+02
4,60E+03
3,40E+02
4,10E+03
91,55
---
%M
Celular
99,99
99,71
3,40E+03
3%
1,50E+06
99,46
--H7 O157
<10
99,75
--E. COLI
CONTROL
99,61
--3%
MUESTRA
99,53
--SALMONELLA
%M
Celular
99,99
--LMO
72H
86,44
*Sólo se hace una réplica del control
**48H Clostridium, 24H el resto de m.o.
NOTA: el cálculo de la % de muerte celular= [ (C-M)/C] x 100, siendo C: Control (media de número de células viables a 0h) y M:
muestra (media de número de células viables a 24h, 48h ,72h)
Dada la elevada capacidad antioxidante que presentaban los extractos naturales, no era
rentable económicamente realizar una posterior etapa de fraccionamiento y purificación a
nivel industrial, ya que se encarecería considerablemente el proceso de obtención del
extracto, sin un claro aumento en la capacidad antioxidante de los mismos.
Los análisis por HPLC-DAD-UV de los extractos obtenidos en los ensayos de
fraccionamiento por extracción supercrítica SFE bajo distintas condiciones experimentales,
demostró que no se separaron de compuestos antioxidantes de la misma forma que en el
ensayo de fraccionamiento en columna LC-18 realizado por la USC. Sin embargo, el grado
de purificación de las fracciones obtenidas por fluidos supercríticos (SFE) era mayor que el
obtenido en las fracciones obtenidas en el ensayo de fraccionamiento en columna LC-18.
En lo que se refiere a las actividades antioxidantes presentadas por las fracciones obtenidas
en los ensayos de SFE, de una manera general se observó que las fracciones que poseían
147 mayor cantidad de compuestos polifenólicos, que eran precisamente las que presentaban
más color (naranja-rojo-marrón), eran las que presentaron una mayor actividad
antioxidante.
Figura 5.5.3.Extractos obtenidos por fluidos supercríticos (SFE)
Se realizó el escalado industrial del extracto para conseguir la cantidad necesaria de aditivo
para realizar las siguientes pruebas previstas en las tareas de la actividad 5. Se produjeron
problemas de extracción y se tuvieron que realizar extracciones sucesivas (tres escalados).
Se preparó el primer escalado con la extracción de los 1000 litros divididos en siete lotes.
Durante el primer lote se reprodujeron los problemas de “rotura” de la emulsión, pero
finalmente se solucionaron mediante ajustes en los parámetros de extracción. A partir del
segundo escalado se precedió a realizar las extracciones sin ningún tipo de problema. Dado
que se requirió gran cantidad de extracto activo para obtener film activo suficiente para
hacer las pruebas de envasado de las otras tareas, se procedió a realizar las acciones
necesarias para un segundo y tercer escalado.
Conclusiones: Las principales conclusiones obtenidas en el proyecto fueron:
•
El extracto seco obtenido a partir de una corriente residual del proceso de
elaboración de cerveza
presenta una elevada capacidad antioxidante y
antimicrobiana que se mantiene prácticamente constante cuando se somete a
elevadas temperaturas.
•
Los compuestos fenólicos presentes en el extracto fueron identificados por HPLCDAD y confirmados por HPLC-ESI-TOF.
•
La actividad antioxidante de los extractos obtenidos presentó una EC50 entre 0.23 –
0.45 g/L, siendo por tanto entre 5 y 10 veces más activo que la que presenta el
antioxidante sintético de referencia BHT (EC50 = 2,8) comúnmente utilizado en la
industria alimentaria.
El análisis cualitativo y cuantitativo de la efectividad antimicrobiana en el extracto
activo desarrollado demostró que es efectivo contra los microorganismos de interés
propuestos por los usuarios finales: Escherichia coli (E. Coli); Listeria monocytogenes;
•
148 Salmonella spp; Escherichia coli 0157:H7; Staphylococcus aureus; .Aerobios totales y
Clostridium botulinum.
•
Se consiguió separar fracciones de distintas coloraciones del extracto activo pero las
fracciones con una coloración más intensa fueron las que presentaron una mayor
actividad antioxidante.
•
En el escalado industrial se observaron problemas de extracción realizándose
extracciones sucesivas para conseguir la cantidad de aditivo necesaria para realizar
las pruebas finales.
•
La actividad antioxidante del extracto obtenido en el escalado industrial era un
poco más baja que la actividad presentada por el extracto obtenido a escala de
laboratorio, pero sigue siendo muy elevada.
5.5.2. Tarea 5.2. Desarrollo y caracterización de nanoaditivos activos
(Nanobiomatters, S.L e IATA-CSIC).
Objetivos: Los objetivos planteados en esta tarea fueron los siguientes:
•
Sintetizar, purificar y activar superficialmente los nanoaditivos obtenidos a partir de
filosilicatos y sustratos laminares permitidos para contacto alimentario.
•
Desarrollar formulaciones base masterbach de plásticos y bioplásticos enriquecidos
con nanoaditivos activos. En algunos casos fue necesario como parte del proceso
de fabricación de los nanoaditivos y para evitar su aglomeración, incorporarlos
durante el procesado en una matriz plástica para generar enriquecidos de los
nanoaditivos que posteriormente serían diluidos en el material final.
•
Caracterizar las propiedades físico-químicas y del grado de modificación de los
nanoaditivos y sus masterbaches, y estudiar la liberación controlada de los
componentes activos en el tiempo. Para tal fin se estudiaron la densidad y el grado
de modificación química de los nanoaditivos mediante técnicas de espectroscopia
vibracional, grado de dispersión mediante Scanning Electron Microscopy (SEM) y
Transmission Electron Microscopy (TEM) y se caracterizaron la distancia interlaminar
mediante WAXS, la estructura química mediante espectroscopía FTIR y la
resistencia térmica mediante Termogravimetría (TGA).
•
Verificar la capacidad antimicrobiana/antioxidante de los nanoaditivos.
Resumen ejecutivo: Para alcanzar los objetivos planteados anteriormente se dividieron los
trabajos en cuatro subtareas. Los trabajos realizados fueron los siguientes:
•
Modificación de la superficie con surfactantes, modificadores y sustancias activas
antimicrobianas/antioxidantes.
Se seleccionaron varios sistemas laminares basados en filosilicatos (arcillas)
Nanobioter® del tipo montmorillonita. Estos sistemas laminares permiten su
149 modificación superficial con tecnología propia adecuada para uso alimentario. A
continuación, se incorporó la sustancia activa antimicrobiana/antioxidante con y sin
modificación previa de las nanoarcillas según el protocolo interno de obtención de
grados activos de la empresa.
El antimicrobiano/antioxidante empleado fue incorporado en la arcilla a una
concentración del 10-20% tras previa disolución en etanol/agua. Además, para las
arcillas premodificadas orgánicamente también se evaluó una mezcla de etanol y
acetato de etilo como solvente.
•
Desarrollo de formulaciones base masterbatch de plásticos y bioplásticos
enriquecidos en los nanoaditivos activos
–
Incorporación de los nanoaditivos en barnices nitrocelulósico y vinílico
Se realizaron recubrimientos sobre PE/PET de 50 µm de barniz nitrocelulósico
(BE-71430, SunChemical) con un 1% de cada uno de los nanoaditivos obtenidos.
En estas muestras se evaluó su efectividad antioxidante por contacto directo
mediante el método del DPPH (método de captura de radicales libres que utiliza el
radical 1,1-difenil-2-picril-hidrazilo (DPPH)). Para ello se introdujeron 30 mg de
film (sólo recubrimiento) en 1mL de disolución de DPPH y se dejó incubar durante
24 h a 25ºC en oscuridad. Se midió la absorbancia a 517 nm de cada una de las
muestras.
Seguidamente, se obtuvieron recubrimientos con el barniz vinílico (BG-00020,
SunChemical) a los que se había adicionado 1% de nanoaditivo y se midió su
efectividad antioxidante, también mediante el método del DPPH.
Además se midió la efectividad antimicrobiana de los recubrimientos mediante la
metodología ASTM E2149-01. Las condiciones de ensayo empleadas fueron:
inóculo bacteriano en fase exponencial media a una concentración de
aproximadamente 1*105 UFC/mL en 1 mL de agua de peptona tamponada donde
previamente se había introducido el recubrimiento. Las muestras se dejaron incubar
en agitación a 25ºC durante aproximadamente 24 h. A continuación se realizó un
recuento de células viables mediante diluciones seriadas.
–
Incorporación de los nanoaditivos en las matrices poliméricas seleccionadas
Se incorporaron los nanoaditivos obtenidos en matrices poliméricas EVA (etileno
vinil acetato), PCL (policaprolactona) y LDPE (polietileno de baja densidad) por
mezcladora interna. En estas muestras se midió su capacidad antioxidante mediante
el método del DPPH y su efectividad antimicrobiana mediante el estándar ASTM
E2149-01.
•
Caracterización de las propiedades físico-químicas y del grado de modificación de
los nanoaditivos y sus masterbatches
El grado de incremento en el espacio basal de las nanoarcillas, asociado al grado de
intercalación alcanzado se evaluó mediante ensayos de difracción de Rayos X
(WAXS). Además, se realizaron estudios de espectroscopía de infrarrojo (ATRFTIR) y termogravimetría (TGA).
150 •
Verificación de la capacidad antimicrobiana/antioxidante de los nanoaditivos.
–
Nanoaditivos con capacidad biocida de acción inmediata en contacto con el
alimento
De los nanoaditivos obtenidos se evaluó su efectividad antimicrobiana frente al
crecimiento de S. aureus (CECT86) utilizando el estándar ASTM E2149-01
(metodología desarrollada en el trabajo anterior).
–
Nanoaditivos con capacidad antioxidante de acción inmediata en contacto con
el alimento
De los nanoaditivos obtenidos se midió además su efectividad antioxidante por
contacto directo mediante el método del DPPH. Para ello se introdujeron 3 mg
de nanoaditivo en 1 mL de disolución de DPPH y se dejó incubar durante 24 h
a 25ºC en oscuridad. Se midió la absorbancia a 517 nm de cada una de las
muestras. Previamente, las muestras se centrifugaron a 500 rpm durante 2 min.
Resultados:
•
Modificación de la superficie con surfactantes, modificadores y sustancias activas
antioxidantes/antimicrobianas
Se obtuvieron nanoaditivos que mostraron una notable sorción física del agente activo
obtenido en la tarea anterior sobre la arcilla (ver ejemplo en Figura 5.5.4), así como una
intercalación del compuesto entre las láminas de arcilla (ver ejemplo Figura 5.5.5).
Figura 5.5.4. Muestra de arcillas pertenecientes al estudio. La muestra de la izquierda no presenta agente activo. La muestra de la derecha
está modificada con un 20% de agente activo.
151 5000
d=27,37960
4000
Lin (Counts)
d=13,74256
Nanobioter 202 A1.41+20%PVPP
3000
d=19,86657
2000
1000
Nanobioter 202 A1.41
0
2.1
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
2-Theta - Scale
Figura 5.5.5. Patrones de difracción de rayos X de las arcillas estudiadas
Además se estudió su efectividad antimicrobiana y antioxidante (Tablas 5.5.3 y 5.5.4).
Tabla 5.5.3. Efectividad antimicrobiana de los nanoaditivos sobre el crecimiento de S. aureus
%
Muestras
PESO (g)
UFC/mL
UFC/mL
Media
Control
Nanobioter ® 202 A1.41 - 20% AO
-
5,40E+06
1
1
1
1
1
1
2,40E+04
1,00E+06
1.27E+06
1
1
1
1
1
1
7,30E+04
7,70E+05
5,40E+06
1
1
1
1
1
1
4,85E+04
8,85E+05
Nanobioter ® 202 A1.41 - 20% AO
Nanobioter ® 202 A1.49 - 10% AO
Nanobioter ® 404 C1 - 20% AO
0,10
0,01
0,10
0,01
0,10
0,01
0,10
0,01
Reducción *
0,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
51,5
0,0
* % reducción: 100 * (UFC/mL control – UFC/mL problema)/(UFC/mL control)
La Tabla 5.5.3 muestra que los nanoaditivos obtenidos Nanobioter® presentaron un efecto
bactericida muy importante ya que se produjo una reducción del 100% del crecimiento
microbiano en la mayoría de los casos.
152 Tabla 5.5.4. Efectividad antioxidante de los nanoaditivos por el método del DPPH
%
Muestras (0,003 g)
Abs 517 nm
Reducción*
DPPH
1,034 (0,023)** A
Nanobioter ® 202 A1.41 - 20% AO
0,198 (0,004) C
80,8
Nanobioter ® 202 A1.41 - 10% AO
0,167 (0,026) CD
83,9
Nanobioter ® 202 A1.49 - 10% AO
0,290 (0,025) B
73,0
Nanobioter ® 404 C1 - 20% AO
0,120 (0,010) D
88,4
-
*% reducción: (Abs control – Abs problema)/(Abs control)*100
** Desviación estándar
Diferentes letras indican diferencias significativas entre las muestras mediante el test de Fisher (σ ≤ 0.05)
Los resultados obtenidos en cuanto a actividad antioxidante indican que las nanoarcillas
redujeron significativamente la absorbancia de la disolución de DPPH en al menos un 70%.
Uno de los nanoaditivos obtenidos (concretamente, Nanobioter 404 C1 + 20% agente
activo) con elevada efectividad antioxidante demostrada en laboratorio (88.4% de
reducción del compuesto DPPH) se envió a la universidad de Santiago de Compostela para
el estudio de su efectividad antioxidante en contacto directo con carne. Según los
resultados obtenidos el nanoaditivo enviado (evaluado al 3%, lo que corresponde a un
0.6% de agente activo) presentó una capacidad antioxidante superior a las muestras con un
10% de agente activo durante los primeros 13 días de vida útil. Probablemente, al
incorporar el compuesto activo en la nanoarcilla se consiguió una mejor dispersión del
mismo a lo largo del producto y, por tanto, una mayor homogeneidad y efectividad.
De esta manera, al poder disminuir el contenido en agente activo en más de un 90%, se
reducirían considerablemente los costes de la producción del propio envase, así como la
coloración del mismo.
•
Desarrollo de formulaciones base masterbatch de plásticos y bioplásticos
enriquecidos con los nanoaditivos activos
Incorporación de los nanoaditivos en barnices nitrocelulósico y vinílico
Se incorporaron las nanoarcillas obtenidas en barnices vinílico y nitrocelulósico. La
mayoría de las películas obtenidas presentaron una elevada efectividad antioxidante
mediante el método del DPPH. Los resultados obtenidos se presentan en las tablas 5.5.5 y
5.5.6:
153 Tabla 5.5.5. Efectividad antioxidante de los barnices aditivados por el método del DPPH
%
Muestra (0,03 g)
Abs 517 nm
Reducción*
Control nitro sin arcilla
0,584 (0,067)** AB
-
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.49 - 10% AO
0,440 (0,025) AB
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 - 10% AO
0,572 (0,001) A
2,05
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 - 20% AO
0,261 (0,033) B
55,39
Nitro + 1% Nanobioter ® 404 C1 - 20% AO
0,666 (0,099) A
-14,04
24,66
*% reducción: (Abs control – Abs problema)/(Abs control)*100
** Desviación estándar
Diferentes letras indican diferencias significativas entre las muestras mediante el test de Fisher (σ ≤ 0.05)
Control DPPH presentó una Abs517 de aproximadamente 0,85
Figura 5.5.6. Fotografía de barnices nitrocelulósicos con 1% de nanoaditivo. De izquierda a derecha, en el mismo orden en el que se indican en
la tabla 5.5.5.
Tabla 5.5.6. Efectividad antioxidante de los barnices aditivados por el método del DPPH
%
Muestra (0,03 g)
Abs 517 nm
Reducción
Control nitro sin arcilla
0,482 (0,012) A
-
Vinílico + 1% Nanobioter ® 202 A1.49 - 10% AO
0,141 (0,079) B
70,82
Vinílico + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 - 10% AO
0,231 (0,037) B
52,02
Vinílico + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 - 20% AO
0,169 (0,006) B
65,01
Vinílico + 1% Nanobioter ® 404 C1 - 20% AO
0,427 (0,426) A
11,42
*% reducción: (Abs control – Abs problema)/(Abs control)*100
** Desviación estándar
Diferentes letras indican diferencias significativas entre las muestras mediante el test de Fisher (α ≤ 0.05)
Control DPPH presentó una Abs517 de aproximadamente 0,85
Según los resultados obtenidos, el nanoaditivo fue más eficaz incorporando al barniz
vinílico en comparación al barniz nitro. Además se midió la efectividad antimicrobiana de
los recubrimientos de nitro mediante la metodología ASTM E2149-01(empleando 1 mL de
agua de peptona con una concentración bacteriana de aproximadamente 1*105 UFC/mL).
Los resultados se presentan en la tabla 5.5.7.
154 Tabla 5.5.7. Efectividad antimicrobiana de los barnices aditivados sobre el crecimiento de S. aureus
%
Muestra
Peso (g) UFC/mL UFC/mL Media
Control
-
Reducción
2,12E+07 1,25E+07 1,69E+07
-
Control film nitro sin nanoaditivo
0,1
188
666
4,27E+02
100,0
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.49 - 10% AO
0,1
38
71
5,45E+01
100,0
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 - 10% AO
0,1
377
666
5,22E+02
100,0
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 - 20% AO
0,1
300
233
2,67E+02
100,0
Nitro + 1% Nanobioter ® 404 C1 - 20% AO
0,1
1
190
9,55E+01
100,0
Los resultados muestran que los controles sin nanoaditivo fueron en sí mismos bactericidas
debido probablemente al disolvente residual que quedó atrapado en las muestras. Por ello,
se realizó a cabo un curado a 60ºC a vacío durante 24 h y posteriormente a 90ºC durante 2
horas. Los resultados de capacidad antimicrobiana obtenidos se muestran en la tabla 5.5.8:
Tabla 5.5.8. Efectividad antimicrobiana de barnices aditivados sobre el crecimiento de S. aureus
%
Muestra
Control
Peso (g) UFC/mL UFC/mL Media
Reducción
-
1,22E+07 6,10E+06 9,15E+06
-
Control nitro sin arcilla
0.1
3,36E+07 1,44E+07 2,40E+07
0
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.49 - 10% AO
0.1
1,79E+07 1,79E+07 2,68E+07
0
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 - 10% AO
0.1
2,26E+07 3,10E+07 2,56E+07
0
Nitro + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 - 20% AO
0.1
2,52E+07 2,59E+07 1,76E+07
0
Nitro + 1% Nanobioter ® 404 C1 - 20% AO
0.1
1,43E+07 2,09E+07 1,76E+07
0
En este caso (Tabla 5.5.8) las muestras con nanoaditivo no presentaron efectividad
antimicrobiana. La razón puede hallarse en la poca cantidad de nanoaditivo (0.001 g en una
muestra de 0.1g) o que éste se inactivó con la temperatura de curado del material.
Incorporación de los nanoaditivos en matrices poliméricas seleccionadas
A continuación se incorporaron los nanoaditivos obtenidos en matrices poliméricas EVA,
PCL y LDPE por mezcladora interna. De estas nuevas muestras también se midió su
capacidad antioxidante mediante el método del DPPH, por duplicado. Los resultados
obtenidos se indican en las tablas 5.5.9, 5.5.10 y 5.5.11:
155 Tabla 5.5.9. Efectividad antioxidante del PCL aditivado mediante el método del DPPH
%
Muestra
Abs 517 nm
Reducción DPPH
PCL virgen
0,363 (0,126) A
-
PCL + 7% Nanobioter ® 202 A1.41 + 20% AO
0,096 (0,004) C
73.55
PCL + 3% Nanobioter ® 202 A1.41 + 20% AO
0,107 (0,038) C
70.52
PCL + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 + 10% AO
0,198 (0,013) BC
45.45
PCL+ 1% Nanobioter ® 202 A1.49 + 10% AO
0,287 (0,030) AB
20.94
*% reducción: (Abs control – Abs problema)/(Abs control)*100
** Desviación estándar
Diferentes letras indican diferencias significativas entre las muestras mediante el test de Fisher (σ ≤ 0.05)
Control DPPH presentó una Abs517 de aproximadamente 0,8
Tabla 5.5.10. Efectividad antioxidante del EVA aditivado mediante el método del DPPH
%
Muestra
Abs 517 nm
Reducción DPPH
EVA virgen
0,337 (0,039) A
-
EVA + 7% Nanobioter ® 202 A1.41 + 20% AO
0,091 (0,008) C
73.00
EVA + 3% Nanobioter ® 202 A1.41 + 20% AO 0,108 (0,009) C
67.95
EVA + 1% Nanobioter ® 202 A1.41 + 10% AO
0,237 (0,016) B
29.67
EVA+ 1% Nanobioter ® 202 A1.49 + 10% AO
0,220 (0,016) B
34.72
*% reducción: (Abs control – Abs problema)/(Abs control)*100
** Desviación estándar
Diferentes letras indican diferencias significativas entre las muestras mediante el test de Fisher (σ ≤ 0.05)
Control DPPH presentó una Abs517 de aproximadamente 0,8
Tabla 5.5.11. Efectividad antioxidante del LDPE aditivado mediante el método del DPPH
%
Muestra
Abs 517 nm
Reducción DPPH
LDPE virgen
0,780 (0,007) A
-
LDPE + 7% Nanobioter ® 202 A1.41 + 20% AO
0,274 (0,018) C
64.87
LDPE + 3% Nanobioter ® 202 A1.41 + 20% AO
0,503 (0,075) B
35.51
LDPE+ 1% Nanobioter ® 202 A1.41 + 10% AO
0,740 (0,006) A
5.13
LDPE + 1% Nanobioter ® 202 A1.49 + 10% AO
0,732 (0,015) A
6.15
*% reducción: (Abs control – Abs problema)/(Abs control)*100
** Desviación estándar
Diferentes letras indican diferencias significativas entre las muestras mediante el test de Fisher (σ ≤ 0.05)
Control DPPH presentó una Abs517 de aproximadamente 0,8
Según los resultados obtenidos, las muestras con un 3% o un 7% de Nanobioter ® 202
A1.41 + 20% agente activo presentaron un efecto antioxidante significativo para las 3
matrices estudiadas.
156 Dado que se observó una mayor eficacia antioxidante en EVA, se enviaron a Gaiker varias
películas de este material aditivado con un 3% de Nanobioter ® 202 A1.41-20% PVPP
para la evaluación de su efectividad antimicrobiana sobre el crecimiento de S. aureus y E.coli
y a la Universidad de Santiago para el estudio de su efectividad antioxidante en carne. Dado
que los resultados sobre capacidad antimicrobiana y antioxidante no fueron
estadísticamente significativos en esta matriz, se trabajó en la mejora de la dispersión de la
arcilla en el polímero con el fin de obtener composites con un 6% y un 9% de nanoaditivo.
Todas las matrices obtenidas presentaron una buena dispersión de la arcilla en el polímero.
Los films aditivados obtenidos se enviaron a Gaiker y a la Universidad de Santiago con el
fin de evaluar su efectividad antimicrobiana y antioxidante, respectivamente. Los resultados
obtenidos se muestran en la Figura 5.5.7.
5.00
Log UFC/mL
4.00
3.00
control
EVA + 6% PVPP
2.00
EVA + 6% Nanoaditivo
EVA + 9% Nanoaditivo
1.00
0.00
0
24
48
144
Tiempo de incubacion (h)
Figura 5.5.7. Efectividad antimicrobiana de 0.5 gr de película en 25 ml de solución Ringer sobre el crecimiento de S. aureus (CECT 239).
Nanoaditivo empleado: Nanobioter ® 101 A1.41-20% agente activo Estudio realizado en Gaiker.
En la Figura 5.5.7 se observa una elevada eficacia antimicrobiana de las matrices evaluadas
sobre el crecimiento de S. aureus, la cual aumenta con el tiempo de incubación de la
muestra. Según lo esperado, las matrices con nanoaditivo alcanzaron una efectividad similar
a la muestra con agente activo incorporado directamente pero empleando dosis de agente
activo mucho menor. Concretamente, después de 48 horas de incubación se consiguió una
reducción aproximada de 3 logaritmos en las matrices de EVA con 6% de agente activo y
EVA con 9% de nanoaditivo (lo que corresponde a 1.8% de agente activo). Así, mediante
el empleo de nanoarcillas se consigue reducir un 70% la cantidad de agente activo necesaria
para obtener el mismo efecto antimicrobiano.
157 Figura 5.5.8. Efectividad antioxidante de films de EVA aditivados con nanoarcilla por contacto directo sobre carne. Nanoaditivo empleado:
Nanobioter ® 101 A1.41-20% agente activo. Estudio realizado en la USC.
En la Figura 5.5.8 se observa una importante eficacia antioxidante de las muestras con
nanoaditivo incorporado. Concretamente, después de 9 días de incubación se alcanzó una
reducción de los niveles de TBARS de aproximadamente un 30% y un 70% en matrices de
EVA con un 6% y un 9% de nanoarcilla, respectivamente. Sería necesario comparar estos
resultados con muestras en las que el agente activo se hubiera incorporado directamente,
con el fin de comprobar las ventajas que ofrece el empleo de nanoaditivos en la reducción
de la dosis necesaria de agente activo y la disminución del impacto sobre el color del
envase.
En la siguiente fase del proyecto se optimizó el desarrollo de un masterbatch (8 Kg de
masterbatch de EVA al 10% de Nanobioter en el que se incorporó un 17% de agente
activo (Figura 5.5.9)). La dispersión de la arcilla en la matriz fue óptima. A su vez, este
material fue enviado a AIMPLAS para pruebas de escalado del film. Estas pruebas se
realizaron con éxito (Figura 5.5.10).
Figura 5.5.9. Fotografía del concentrado de EVA + 10% Nanobioter ® 101 A1.41-20% agente activo enviado a AIMPLAS.
158 Figura 5.5.10. Fotografías de los films obtenidos en AIMPLAS. A la izquierda, film virgen procesado sin aditivo. A la derecha, film
aditivado con 10% de Nanbioter-17% agente activo
Sin embargo, debido a la presencia de cierta cantidad residual de ácido acético, el material
aparentemente normal presentó gran cantidad de microporos.
Conclusiones:
Las conclusiones de efectividad antimicrobiana/antioxidante del nanoaditivo con el agente
activo obtenido en la tarea anterior fueron:
•
Respecto a la capacidad biocida, los nanoaditivos obtenidos (Nanobioter®)
presentan un efecto bactericida muy importante ya que se reduce totalmente el
crecimiento microbiano en la mayoría de los casos.
•
En relación a la capacidad antioxidante, según los resultados obtenidos las
nanoarcillas reducieron la absorbancia de la disolución de DPPH en al menos un
70%.
Respecto a los resultados de la incorporación del nanoaditivo en el material de envase se
obtuvieron las siguientes conclusiones:
•
Según los resultados obtenidos, las muestras con un 3% o un 7% de Nanobioter ®
202 A1.41 presentaron un efecto antioxidante significativo para las 3 matrices
estudiadas (LDPE, EVA y PCL).
•
Dado que las muestras de EVA con un 3% de nanoaditivo no mostraron un efecto
antioxidante significativo cuando fueron evaluadas frente a carnes. Se optimizó la
dispersión de nuevas matrices con cargas mayores (concretamente del 6 y 9%). En
estas muestras se obtuvieron efectos antimicrobianos y antioxidantes satisfactorios.
•
De esta manera, se logró fabricar y enviar 8 Kg de masterbacht de EVA al 10% de
Nanobioter (en el que incorporamos un 17% de agente activo) a AIMPLAS, el cual
funcionó con éxito durante el escalado. No obstante, el material presentó
numerosos microporos debido a la presencia de un exceso de ácido acético residual.
159 5.5.3
Tareas 5.3 y 5.4. Incorporación de agentes activos en sistemas de
envases y diseño e implantación en un sistema de fabricación
industrial que permita incorporar los agentes activos en materiales de
envase para su comercialización (Grupo Amcor Flexibles y GAIKER).
Objetivos: Los objetivos planteados en estas tareas fueron los siguientes:
•
Analizar la estabilidad térmica del agente activo obtenido a partir del proceso
cervecero descrito en la tarea 5.1.
•
Identificar los materiales de envase en los cuales se incorporarán los principios
activos. Se realiza una incorporación en el material de envase.
•
Definir y optimizar las condiciones de formación de los envases activos. Se
plantean dos líneas de trabajo para incorporar los agentes activos en el material de
envase: a) Introducción mediante extrusión/coextrusion y b) Adición al barniz base
aplicado a los laminados actuales.
•
Verificar la capacidad antioxidante y antimicrobiana del material de envase.
•
Estudiar la liberación del agente activo.
•
Evaluar la viabilidad industrial de los sistemas de envase activo desarrollados.
•
Mantener en los envases activos los requerimientos técnicos exigidos a los
materiales de envase convencionales.
Resumen ejecutivo: Se optimizaron los procesos de incorporación del agente activo en el
material de envase mediante dos vías de trabajo:
•
Agregación del agente activo al barniz base aplicado a los laminados actuales
mediante un recubrimiento. El film mostraba una buena efectividad antioxidante y
antimicrobiana a partir de una concentración de agente activo del 3 % en la resina
base. Asimismo, se dio una solución técnica a los problemas de pérdida de adhesión
en el film soporte mediante promotores de la adhesión que facilitaban la aplicación
del recubrimiento cuando se incorporaba el agente activo.
•
Introducción en el material de envase mediante extrusión/coextrusion. Los
resultados obtenidos permitieron concluir que los copolímeros de etileno y vinil
acetato (EVA) mejoraban la solubilidad del agente activo en la matriz polimérica
respecto al PEBD, lo cual se apreciaba en los resultados preliminares de efectividad
antioxidante y antimicrobiana obtenidos.
En la evaluación de la efectividad antioxidante de films activos recubiertos “coating” con el
agente activo, se comprobó la excelente actividad antioxidante de este agente cuando el
material de envase estaba en contacto directo con el alimento. Sin embargo, cuando no lo
estuvo presentó una escasa actividad antioxidante. Por lo tanto, por acuerdo entre los
participantes en la Actividad 5 se eligió la opción de introducir el agente activo en el
material de envase más próximo al alimento mediante extrusión/coextrusión.
160 La determinación de la capacidad antioxidante se realizó por el método de captación del
radical DPPH (2,2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl) que establece la capacidad de donación de
hidrógeno del extracto. En las pruebas de efectividad antioxidante realizadas en los films
activos procesados mediante extrusión, se observó que a partir de un 3 % de agente activo
en EVA la efectividad antioxidante es satisfactoria mientras que la efectividad en
polietileno de baja densidad (PEBD) era muy baja o nula.
La efectividad antimicrobiana se determinó de forma cuantitativa para establecer los
porcentajes exactos de reducción del principio activo frente a los microorganismos
seleccionados. El ensayo de efectividad antimicrobiana se basa en el Standard Test method for
determining the Antimicrobial Activity of Inmobilizied Antimicrobial Agents under Dynamic Contact
conditions (ASTM 2149-01). Los microorganismos estudiados fueron: Escherichia coli; Listeria
monocytogenes; Salmonella spp; Staphylococcus aureus; y Aerobios totales. Las pruebas de
efectividad antimicrobiana permitieron determinar la efectividad frente a S. aureus a partir
del 3 % de agente activo y nanoarcillas incorporadas en el material de envase (EVA) en un
3 %. En concentraciones superiores se observó también efectividad frente a E. coli.
En el escalado del film activo final se plantearon tres estructuras de 100 µm
aproximadamente. Las estructuras coextruidas procesadas fueron:
–
–
–
EVA/EVOH/EVA (Control);
EVA (6% agente activo)/EVOH/EVA (6% agente activo) y
EVA +10 % nanoarcilla activa/EVOH/EVA+10 % nanoarcilla activa.
El EVA sin el agente activo se utilizó como control. Las tres estructuras procesadas por
coextrusión se laminaron a poliamida (PA) para darle cuerpo y posteriormente se
termoformó/selló la bandeja para el envasado de carne.
Para conseguir una bandeja final de calidad desde el punto de vista industrial, es necesario
mejorar el proceso de obtención del agente activo y mejorar la aditivación del principio
activo al EVA, con la finalidad de conseguir estructuras más homogéneas y sin
microagujeros.
Resultados: Se realizó el ensayo de termogravimetría (TGA) con el objetivo de determinar
la estabilidad térmica del agente activo procedente de la corriente residual del proceso
cervecero. Asimismo, se utilizó el método de Folin-Denis para la determinación de
compuestos fenólicos totales. Este método se basa en la determinación colorimétrica
mediante lectura de la absorbancia a 760 nm de los extractos resuspendidos en metanol
tratados con el reactivo Folin-Denis. Ambos métodos demostraron que hasta 200 ºC, el
agente activo era térmicamente estable presentando una actividad antioxidante similar y el
mismo porcentaje de compuestos fenólicos.
Inicialmente, se aplicó el barniz con el agente activo incorporado en la resina base utilizada
habitualmente por la empresa. Los recubrimientos se aplicaron con una varilla (TR40) y a la
velocidad adecuada para conseguir un gramaje similar al aplicado industrialmente (3,2
g/m2). El agente activo se aplicó en diferentes porcentajes en el film de tapa observándose
buena efectividad antioxidante y antimicrobiana a partir de un 3 % en la resina base.
161 Asimismo, se aportó una solución técnica a los problemas de pérdida de adhesión en el
film soporte mediante promotores de la adhesión que facilitan la aplicación del
recubrimiento cuando se incorpora el agente activo.
Figura 5.5.11. Film con recubrimiento activo
Seguidamente, se realizaron mezclas a escala de laboratorio mediante “compounding” en
un Minilab Haake Microcompounder con extrusión de doble husillo co-rotante para determinar
la naturaleza del material polimérico más próximo en contacto con el alimento que permita
una mejor compatibilidad con el agente activo. Los resultados obtenidos permitieron
concluir que los copolímeros de etileno y vinil acetato (EVA) mejoraron la solubilidad del
agente activo en la matriz polimérica, lo cual se apreció en los resultados preliminares de
efectividad antioxidante y antimicrobiana obtenidos. En las mezclas con PEBD tanto las
pruebas de extracción como los ensayos de la capacidad antioxidante y antimicrobiana
indicaron que el agente activo quedó ocluido en la estructura del PEBD impidiendo su
liberación y perdiendo su efectividad antioxidante y antimicrobiana.
Figura 5.5.12. Izquierda: film con al aditivo activo Derecha: film control, sin aditivo
En la evaluación de la efectividad antioxidante de films activos recubiertos “coating” con
agente activo antioxidante obtenido en la tarea 5.1, se comprobó la excelente actividad
antioxidante de este agente cuando el material de envase estaba en contacto directo con el
alimento. Sin embargo, cuando no lo estaba presentó una escasa actividad antioxidante. Por
lo tanto, por acuerdo entre los participantes en la Actividad 5 se optó por la opción de
introducir el agente activo en el material de envase más próximo al alimento mediante
extrusión/coextrusión.
162 La determinación de la capacidad antioxidante se realizó por el método de captación del
radical DPPH (2,2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl) que establece la capacidad de donación de
hidrógeno del extracto. En las pruebas de efectividad antioxidante realizadas en los films
activos procesados mediante extrusión se observó que a partir de un 3 % de agente activo
en EVA la efectividad antioxidante era buena mientras la efectividad en polietileno de baja
densidad (PEBD) era muy baja o nula.
La efectividad antimicrobiana se determinó de forma cuantitativa para establecer los
porcentajes exactos de reducción del principio activo frente a los microorganismos
seleccionados. El ensayo de efectividad antimicrobiana se basó en el Standard Test method for
determining the Antimicrobial Activity of Inmobilizied Antimicrobial Agents under Dynamic Contact
conditions (ASTM 2149-01). Los microorganismos estudiados fueron: Escherichia coli; Listeria
monocytogenes; Salmonella spp; Staphylococcus aureus y Aerobios totales. Los resultados de
efectividad antimicrobiana permitieron determinar efectividad a S. aureus a partir del 3 % de
agente activo y nanoarcillas incorporadas en el material de envase (EVA) en un 3 %. A
concentraciones superiores se observó también efectividad frente a E. coli. (Tablas 5.5.12 y
5.5.13).
Posteriormente, se realizó un escalado semi-industrial del film activo mediante coextrusión
antes de proceder a la laminación con poliamida para darle cuerpo al envase. Se procesaron
tres coextruidos:
–
Estructura 1: EVA/EVOH/EVA (Control);
–
Estructura 2: EVA (6%agente activo)/EVOH/EVA (6% agente activo) y
–
Estructura 3: EVA +10 % nanoarcilla activa/EVOH/EVA+10 % nanoarcilla
activa.
En las estructuras coextruidas se incorporaron los principios activos en la matriz polimérica
de EVA.
Figura 5.5.13. Izda: Estructura 1; Centro: Estructura 2; Decha: Estructura 3
Para conseguir una bandeja final de calidad desde el punto de vista industrial será necesario
mejorar el proceso de obtención de los extractos polifenólicos obtenidos a partir de los
licores de lavado del proceso cervecero y mejorar la aditivación del principio activo al EVA
con el objetivo de conseguir estructuras más homogéneas y sin microagujeros.
163 Tabla 5.5.12. Capacidad antimicrobiana del film activo a diferentes microorganismos
EVA +3% agente activo
MUETRA
0h
24h
48h
6 días
Salmonella
1,50E+04
1,20E+04
1,40E+04
1,60E+04
Salmonella
1,50E+04
1,30E+04
1,40E+04
1,50E+04
Staphylococcus
1,70E+04
1,20E+04
4,20E+03
1,40E+02
Staphylococcus
1,70E+04
1,30E+04
5,10E+03
1,30E+02
Lmo
1,10E+04
1,20E+04
1,70E+04
1,90E+04
Lmo
1,10E+04
1,50E+04
1,60E+04
1,70E+04
E. Coli
3,60E+04
3,40E+04
3,50E+04
3,70E+04
E. Coli
3,60E+04
3,20E+04
3,60E+04
3,80E+04
Aerobios
1,40E+05
1,80E+05
2,20E+05
3,40E+05
Aerobios
1,40E+05
1,90E+05
2,40E+05
3,30E+05
Muestra
% muerte
celular 48h
reducción
logarítmica
48h
% muerte
celular
6d
reducción
logarítmica
6d
---
---
---
---
66%
0,46
99%
2
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
---
EVA CONTROL
Salmonella
1,50E+04
1,30E+04
1,40E+04
1,50E+04
Salmonella
1,50E+04
1,20E+04
1,60E+04
1,50E+04
Staphylococcus
1,70E+04
1,50E+04
1,40E+04
1,50E+04
Staphylococcus
1,70E+04
1,50E+04
1,30E+04
1,40E+04
Lmo
1,10E+04
1,30E+04
1,60E+04
1,80E+04
Lmo
1,10E+04
1,20E+04
1,60E+04
1,70E+04
E. Coli
3,60E+04
3,50E+04
3,40E+04
3,50E+04
E. Coli
3,60E+04
3,00E+04
3,60E+04
3,60E+04
Aerobios
1,40E+05
1,50E+05
2,00E+05
3,30E+05
Aerobios
1,40E+05
1,70E+05
2,20E+05
3,30E+05
Salmonella
1,50E+04
1,50E+04
1,60E+04
1,50E+04
Aerobios
1,40E+05
1,70E+05
2,20E+05
3,30E+05
164 Tabla 5.5.13. Capacidad antimicrobiana del film activo en concentraciones superiores de principio activo.
EVA +6% agente activo
MUESTRA
0h
24h
48h
6 días
E.Coli
2,60E+04
2,40E+04
….
<20
E.Coli
Staphylococcus
2,60E+04
3,10E+04
2,30E+04
4,50E+03
….
2,50E+03
<20
<20
STAPHYLOCOCCUS
3,10E+04
7,60E+03
2,80E+03
<20
% muerte
celular 24h
reducción
logarítmica
24h
% muerte
celular 48h
reducción
logarítmica
48h
% muerte
celular 6d
reducción
logarítmica 6d
___
___
___
___
99,94
>3
78,77
<1(0,67)
91,45
1
99,94
>3
MUESTRA
EVA CONTROL
E.COLI
3,70E+04
3,60E+04
3,40E+04
3,20E+04
E.COLI
3,70E+04
3,60E+04
3,40E+04
3,30E+04
STAPHYLOCOCCUS
3,10E+04
3,10E+04
3,20E+04
3,20E+04
STAPHYLOCOCCUS
3,10E+04
2,60E+04
3,00E+04
3,10E+04
MUESTRA
___
___
___
___
___
___
___
___
___
___
___
___
EVA+NANO 3% agente activo
E.COLI
3,70E+04
3,40E+04
3,20E+04
2,50E+04
E.COLI
3,70E+04
3,60E+04
3,00E+04
2,20E+04
STAPHYLOCOCCUS
3,10E+04
1,50E+04
2,60E+03
<20
___
___
___
___
___
___
___
___
90,96
1
99,94
>3
165 Conclusiones:
•
El extracto obtenido a partir de las corrientes residuales del proceso cervecero es
térmicamente estable hasta 200 ºC.
•
En la evaluación de la efectividad antioxidante de films recubiertos con agente
activo antioxidante, se comprobó la excelente actividad antioxidante de este agente
cuando el material de envase (coating) estaba en contacto directo con el alimento. Sin
embargo, cuando no estaba en contacto directo con el alimento, presentó una
escasa actividad antioxidante y antimicrobiana.
•
La efectividad antioxidante de films extruidos con agente activo antioxidante
mantiene su capacidad antioxidante sólo en films de EVA.
•
Se observó efectividad frente a S. aureus cuando el contenido de agente activo y
nanoarcillas incorporadas en el material de envase (EVA) ≥ 3% y frente a E.coli
cuando fue igual al 6%. En concentraciones superiores se observó también
efectividad frente a E. coli.
•
En el escalado del film activo mediante una coextrusión, la lámina salió
microagujereada del cabezal, por lo que fue necesario optimizar el proceso de
obtención del material con el objetivo de obtener un film más homogéneo antes de
proceder a la laminación.
5.5.4
Tarea 5.5. Evaluación del grado de conservación de productos
cárnicos (Eroski, S. Coop., Covap, GAIKER y USC).
Objetivos: El objetivo general planteado para la correcta realización de las tareas del
proyecto consistió en evaluar el aumento del tiempo de vida útil de productos cárnicos
frescos con los sistemas de envasado activo desarrollados.
Para lograr el objetivo propuesto se plantearon los siguientes objetivos parciales:
•
Definición, control y estudio preliminar del producto inicial. EROSKI centró la
investigación en carne de vacuno (entrecot Natur) mientras que COVAP se centró
en carne de porcino (lomo de cerdo ibérico).
•
Evaluación de los parámetros físico-químicos. Se realizaron estudios comparativos
con los envases convencionales (control) y los envases activos desarrollados. Los
parámetros a analizar fueron: color/olor y líquido de sinéresis. El color se evaluó
mediante inspección visual y mediante colorimetría (coordenadas CIE* LAB.) Se
determinó el pH y la modificación de la atmósfera de envasado (MAP).
•
Evaluación del grado de oxidación en productos cárnicos mediante las sustancias
reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS).
•
Evaluación del grado de contaminación microbiana. En los productos frescos
(carne de vacuno y porcino) se determinaron Aerobios mesófilos y enterobacterias.
166 Resumen ejecutivo: Inicialmente se realizó un estudio preliminar para conocer la
situación de conservación del producto cárnico fresco de vacuno y porcino con el agente
activo incorporado en el alimento. Para ello, se utilizaron los sistemas de envasado y
conservación habituales. Como control se utilizaron los sistemas sin el aditivo activo.
Posteriormente, se realizó la evaluación de la efectividad antioxidante de los films activos
(con el agente incorporado) procesados mediante recubrimiento “coating”, en contacto y sin
contacto directo con el alimento cárnico. En los films recubiertos con el agente activo, se
pudo comprobar que en contacto directo con la carne se reducía la oxidación a la mitad
con respecto al ensayo control. Sin embargo, cuando no estaba en contacto directo con la
carne no presentó actividad antioxidante, ya que la carne se oxidó al mismo nivel que el
ensayo control.
Debido a que la coloración introducida por el agente activo en el film base no era la más
indicada para aplicaciones de film de tapa superior en bandeja y, teniendo en cuenta que
actúa por contacto directo y que tiene un color pardo se planteó incorporarlo en el material
de envase mediante extrusión/coextrusion dado que mediante recubrimiento iría en la tapa
del envase y las limitaciones existentes no lo harían viable comercialmente.
En este estudio de evaluación de la efectividad antioxidante de films preparados por
extrusión con LPDE, se comprobó que no hay una buena accesibilidad de los compuestos
antioxidantes al alimento para ejercer su efectividad antioxidante. En el caso de los films
EVA preparados por extrusión el que tenía mayor concentración de extracto era el que
presentaba una mayor efectividad antioxidante, comparable con los films preparados por
“coating”.
Las pruebas de efectividad antimicrobiana observadas en los films preparados por
extrusión permitieron determinar su efectividad frente a S. aureus a partir del 3 % de agente
activo y nanoarcillas incorporadas en el material de envase en un 3 %. En concentraciones
superiores se observó también efectividad frente a E. coli.
La evaluación del tiempo de vida útil de la carne de porcino y vacuno y la validación
antioxidante /antimicrobiana se realizó mediante un control en el tiempo de los siguientes
parámetros:
–
–
–
–
–
Evaluación visual de las muestras: La evaluación de la carne se realizó por
ambos lados, anotando cambios de color, olor y exudado.
Determinación del pH de la carne.
Evaluación de la efectividad antioxidante mediante el método de TBARS.
Evaluación de la efectividad antimicrobiana (Aerobios Mesófilos Totales y
Enterobacterias).
Determinación de los cambios de color mediante coordenadas CIElab.
La validación se determinó con lomo de cerdo ibérico y entrecot en las tres estructuras
finales obtenidas.
–
–
Estructura 1: EVA/adh/EVOH/adh/EVA (Control)
Estructura 2: EVA (6% agente activo)/ adh/EVOH/ adh/EVA (6% agente
activo)
167 –
Estructura 3: EVA (10%Nano)/ adh/EVOH/ adh/EVA (10%Nano)
La carne de porcino es una matriz muy heterogénea con diferente grado de grasa
intramuscular y mucha variabilidad entre bandejas debido a los filetes envasados. La
variabilidad en la carne se consideró que era la principal razón para la existencia de valores
dispares en el tiempo de envasado.
En el ensayo de la oxidación lipídica de la carne de porcino por el método de TBARS no se
observaron diferencias significativas entre las tres estructuras. En los últimos días se
observó una ligera reducción de la oxidación de las estructuras que contenían compuestos
antioxidantes (E2 y E3) respecto a la estructura control (E1). Sin embargo es importante
destacar que las diferencias no fueron significativas.
En el ensayo de oxidación lipídica de la carne de vacuno por el método de TBARS, se
observó efectividad antioxidante por parte de la estructura E3. Al final de la vida útil (día
7), las diferencias no fueron significativas porque el proceso de oxidación es reducido. Sin
embargo a partir del día 8 las diferencias fueron importantes (en torno al 50% de inhibición
del proceso de oxidación). Analizando la curva correspondiente a la estructura E2, los
resultados mostraron que no ejerce función antioxidante con respecto al ensayo control
(E1).
No se observó efectividad antimicrobiana en las estructuras 2 y 3 ya que no mostraron una
reducción significativa de aerobios totales y enterobacterias respecto a la estructura 1
(control) en las muestras de carne de porcino y vacuno.
Resultados: Se realizó un estudio preliminar para conocer la situación de conservación del
producto cárnico fresco de vacuno y porcino con el principio activo incorporado en el
alimento. Para ello, se utilizaron los sistemas de envasado y conservación utilizados
habitualmente.
El envasado se realizó en las instalaciones de ULMA PACKAGING con una máquina
termoselladora SMART 500. La atmósfera de MAP utilizada en ambos casos fue 70 %
oxígeno/ 30 % anhídrido carbónico. Después del envasado las muestras se almacenaron y
distribuyeron en condiciones de refrigeración (< 5 º C).
Tabla 5.5.14. Grado de oxidación lipídica de la carne de cerdo mediante el método TBARS (Thiobarbituric acid reactive substances)
mgMDA/kg de carne
Muestra
Tempo (días)
Control
Antiox
1' y 2'
0
0,5010
0,5010
3', 4', 5' y 6'
11
2,3112
1,4027
7' y 9'
14
1,0063
0,5167
8' y 10'
17
2,9443
3,1487
168 Figura 5.5.14. Grado de oxidación lipídica de la carne de cerdo mediante el método TBARS
En carne de cerdo, se observó una disminución en el grado de oxidación lipídica menor
que en la carne de vacuno. A los 11 días de almacenamiento en refrigeración se observó
una reducción del valor de TBARs en las muestras con antioxidante del 27.6% respecto a
las muestras control, que fue del 48% a los 14 días.
Tabla. 5.5.15. Grado de oxidación lipídica de la carne de vacuno mediante el método TBARS (Thiobarbituric acid reactive substances)
mgMDA/kg de carne
Muestra Tiempo (días)
Control
Antiox
1' y 2'
0
1,239183 1,239183
3' y 5'
8
6,279337 4,854492
4' y 6'
10
8,636635 6,036324
7' y 9'
13
9,739895 7,166562
8' y 10'
15
10,31662 5,656548
Figura 5.5.15. Grado de oxidación lipídica de la carne de vacuno mediante el método TBARS
En carne de vacuno, se observó una disminución en el grado de oxidación lipídica de un
22 % a los 8 días, de un 30 % a los 10 días y de un 46 % a los 15 días respecto al control
(Figura 5.5.15).
Posteriormente, se realizó la evaluación de la efectividad antioxidante de los films activos
con agente activo procesados mediante recubrimiento “coating”, en contacto y sin contacto
169 directo con la carne. En los films recubiertos con el agente, se pudo comprobar que en
contacto directo con la carne se redujo la oxidación a la mitad con respecto al ensayo
control. Sin embargo, cuando no estuvo en contacto directo con la carne no presentó
actividad antioxidante, ya que la carne se oxidó al mismo nivel que el ensayo control.
Figura 5.5.16. Efectividad antioxidante de todos los films con el agente activo en diferentes concentraciones
En la Figura 5.5.16 se presentan los resultados de la efectividad antioxidante de todos los
films conteniendo el agente activo, aplicados en diferentes concentraciones de extracto en
contacto y sin contacto (línea color naranja en la gráfica) directo con la carne.
Debido a que la coloración introducida por el agente activo en el film base no era la más
adecuada para aplicaciones de film de tapa superior en bandeja y teniendo en cuenta que
actúa por contacto directo se decidió incorporarlo en el material de envase mediante
extrusión/coextrusion.
En el caso de los films preparados por extrusión el que presentó mayor concentración de
extracto fue el que presenta una mayor efectividad antioxidante/antimicrobiana,
comparable a la de los films preparados por “coating”.
Las pruebas de efectividad antimicrobiana observadas en los films preparados por
extrusión permitieron determinar la efectividad frente a S. aureus con el principio activo
incorporado directamente en la matriz plástica y con nanoarcillas activas incorporadas en el
material de envase. En concentraciones superiores se observó también efectividad frente a
E. coli.
170 Figura 5.5.17 Estudio para la evaluación de la efectividad antioxidante de los films incorporados con el extracto de agente activo, en contacto
directo con el alimento cárnico por el método de TBARS.
Figura 5.5.18. Estudio para la evaluación de la efectividad antioxidante de los films incorporados con el extracto de agente activo en forma de
Nanoaditivo, en contacto directo con el alimento cárnico por el método de TBARS
Finalmente, se realizó la evaluación del tiempo de vida útil de la carne de porcino y vacuno
y la validación antioxidante/antimicrobiana mediante un control en el tiempo de los
siguientes parámetros:
–
–
–
–
–
Evaluación visual de las muestras.
pH de la carne.
Evaluación de la efectividad antioxidante mediante el método de TBARS.
Evaluación de la efectividad antimicrobiana (Aerobios Mesófilos Totales y
Enterobacterias).
Determinación de cambios de color mediante coordenadas CIElab.
La validación se determinó con lomo de cerdo ibérico y entrecot en las tres estructuras
finales obtenidas:
−
−
−
Estructura 1: EVA/adh/EVOH/adh/EVA (Control)
Estructura 2: EVA (6% agente activo)/ adh/EVOH/ adh/EVA (6% agente
activo)
Estructura 3: EVA (10%Nano)/ adh/EVOH/ adh/EVA (10%Nano)
171 Tabla 5.5.16. Capacidad antimicrobiana del film activo
MUESTRA
E.COLI
E.COLI
STAPHYLOCOCCUS
STAPHYLOCOCCUS
MUESTRA
E.COLI
E.COLI
STAPHYLOCOCCUS
STAPHYLOCOCCUS
MUESTRA
E. COLI
E. COLI
STAPHYLOCOCCUS
STAPHYLOCOCCUS
MUESTRA
E.COLI
E.COLI
STAPHYLOCOCCUS
STAPHYLOCOCCUS
0h
24h
48h
6 días
3,70E+04
3,60E+04
3,40E+04
3,20E+04
3,70E+04
3,10E+04
3,10E+04
3,60E+04
3,10E+04
2,60E+04
3,40E+04
3,20E+04
3,00E+04
3,30E+04
3,20E+04
3,10E+04
3,70E+04
3,70E+04
3,10E+04
3,10E+04
3,40E+04
3,60E+04
1,50E+04
1,80E+04
3,20E+04
3,00E+04
2,60E+03
3,00E+03
2,50E+04
2,20E+04
<20
<20
3,60E+04
3,60E+04
1,70E+04
1,70E+04
3,40E+04
3,20E+04
1,20E+04
1,30E+04
3,50E+04
3,60E+04
4,20E+03
5,10E+03
3,70E+04
3,80E+04
1,40E+02
1,30E+02
2,60E+04
2,40E+04
….
<20
2,60E+04
3,10E+04
3,10E+04
2,30E+04
4,50E+03
7,60E+03
….
2,50E+03
2,80E+03
<20
<20
<20
reducción
logarítmica
24h
EVA CONTROL
% muerte
celular 24h
% muerte
celular 48h
reducción
logarítmica
48h
% muerte
celular 6d
reducción
logarítmica 6d
___
___
___
___
___
___
___
___
___
___
___
___
EVA+NANO 3% agente activo
___
___
___
___
___
___
___
___
90,96
1
99,94
>3
___
___
___
___
66
0,46
99
2
EVA+ 3% agente activo
___
___
EVA +6% agente activo
___
___
___
___
99,94
>3
78,77
<1(0,67)
91,45
1
99,94
>3
172 En el ensayo de la oxidación lipídica de la carne de porcino por el método de TBARS no se
observaron diferencias significativas entre las tres estructuras. En los últimos días se
observó una ligera reducción (P>0.05) de la oxidación de las estructuras que contienen
compuestos antioxidantes (E2 y E3) respecto a la estructura control (E1).
Figura 5.5.19. Ensayo de oxidación lipídica en carne de porcino.
En el ensayo de oxidación lipídica de la carne de vacuno por el método de TBARS se
observa efectividad antioxidante por parte de la estructura E3. En el tiempo de vida útil
(día 7) las diferencias no fueron significativas porque el proceso de oxidación fue ligero. Sin
embargo, a partir del día 8 las diferencias fueron importantes (en torno al 50% de
inhibición del proceso de oxidación). Analizando la curva correspondiente a la estructura
E2, los resultados muestran que no ejerce función antioxidante con respecto al ensayo
control (E1).
Figura 5.5.20 Ensayo de oxidación lipídica en carne de vacuno.
No se observó efectividad antimicrobiana en las estructuras 2 y 3 ya que no mostraron una
reducción significativa de aerobios totales y enterobacterias respecto a la estructura 1
(control) en las muestras de porcino y vacuno.
173 En general:
•
No se observaron variaciones de pH a lo largo del tiempo en las diferentes
estructuras del ensayo.
•
El líquido de sinéresis fue menor que el existente en la carne de porcino y se
atribuye a la condensación existente en las bandejas.
•
En la estructura 2 la carne de vacuno fue ligeramente más roja, especialmente en la
parte inferior de la carne.
•
No se observaron diferencias significativas en el color amarillo (b*).
Conclusiones:
•
Los films con extracto activo actúan mediante contacto directo con la carne
reduciéndose la oxidación a la mitad con respecto al ensayo control. Sin embargo,
cuando no está en contacto directo no presenta actividad antioxidante.
•
Se observó efectividad antimicrobiana contra Staphylococcus aureus con el principio
activo incorporado directamente en la matriz plástica y con nanoarcillas activas
incorporadas en el material de envase (dosis ≥ 3%) y frente a Escherichia coli (dosis =
6%)..
174 •
En el ensayo de oxidación lipídica de la carne de vacuno por el método de TBARS
se observa efectividad antioxidante en la estructura con nanoarcillas con el principio
activo incorporado en el material de envase más próximo al alimento. A partir del
día 8 las diferencias son importantes (en torno al 50% de inhibición del proceso de
oxidación). Sin embargo, en la carne de porcino no se observan diferencias
significativas en el tiempo de vida útil.
•
No se observa una reducción antimicrobiana significativa en las muestras de
porcino y vacuno en cuanto a aerobios totales y enterobacterias.
5.5.5
Tarea 5.6. Desarrollo de una máquina de envasado higienizable
adaptada a los nuevos sistemas de envasado activo desarrollados
(Ulma P.T.C. S. Coop., GAIKER y AINIA).
Objetivos: Los objetivos planteados fueron los siguientes:
•
Mantener la higiene en el proceso de envasado para asegurar la calidad del alimento
hasta su consumo. Las máquinas se diseñaron de forma que su limpieza fuera fácil e
integrara materiales inoxidables.
•
Desarrollo de una máquina de envasado que permita adaptar los sistemas de envase
activo. Se desarrolló una máquina que permita gestionar 2 ó 4 formatos diferentes
con 3 alturas de producto por formato en una misma línea de producción.
•
Desarrollo de sistemas de soldadura novedosos aplicables a los envases activos. Se
prestó especial atención a posibles problemas de sellado que puedan surgir con la
incorporación de agentes activos en el material de envase. Para ello, se desarrollaron
sistemas de sellado adecuados que permitan evitar la formación de microfisuras en
el envase final. Se planteó el estudio de las tecnologías de sellado laser,
radiofrecuencia, vibración, impulsos eléctricos, etc.
Resumen ejecutivo: Para alcanzar los objetivos planteados se realizaron las siguientes
subtareas:
•
Desarrollo de una máquina de envasado activo higienizable
Se decidió iniciar las actividades relativas al desarrollo de una máquina de envasado activo
higienizable con máquinas termoselladoras debido a su mayor simplicidad de diseño, lo que
favoreció la implantación posterior de los requisitos para la obtención de la máquina de
envasado activo higienizable.
Las actividades realizadas se centraron en la identificación de puntos de mejora del diseño
de la máquina desde un punto de vista higiénico. Para ello, se realizó una evaluación “in
situ” de cada una de las partes constituyentes de las máquinas con el objeto de identificar
zonas cuyo diseño higiénico fuera mejorable.
Durante esta evaluación se consideró la posibilidad de que el equipo incorporase peligros
de tipo químico, físico y/o microbiológico al producto envasado. Entre estos se destacan:
175 −
−
−
Peligros físicos: incorporación de tornillos, tuercas o arandelas, restos de
suciedad acumulada en ranuras o huecos.
Peligros químicos: restos de lubricantes, de productos de limpieza y
desinfección que pueden acumularse durante las tareas de limpieza y cuyo
aclarado resulte difícil debido a la geometría del equipo y a la utilización de
materiales no inertes.
Peligros
microbiológicos:
contaminación
microbiana
debido
fundamentalmente a que el equipo por su diseño facilite la acumulación de
producto o humedad en algunas zonas (ranuras, huecos,…) de difícil acceso
para la limpieza, lo que facilita el crecimiento de microorganismos en estas
zonas con la posibilidad de su incorporación posterior al producto que se va a
envasar.
La evaluación de diseño higiénico de las máquinas termoselladora y termoformadora, se
abordó según la siguiente pauta:
a) Evaluación previa
b) Evaluación “in situ”
c) Valoración del riesgo asociado al incumplimiento del requisito de higiene detectado
d) Validación de los resultados
Tomando como referencia la definición previa del sistema de evaluación del diseño y de
limpieza se realizó el estudio teórico del método de validación del diseño higiénico en las
líneas de envasado activo obteniéndose una preselección de alternativas para cada una de
las etapas que componen el método (suciedad, indicador, limpieza, etc.).
En esencia, el método se basaría en ensuciar de forma controlada con la adición de un
indicador a la solución, en aplicar una limpieza controlada del equipo a evaluar y finalmente
en una cuantificación y localización de los posibles restos de indicador que pudieran quedar
sobre el equipo que permitiera proceder a la evaluación de la limpieza del mismo.
Como criterio general se buscó que la solución combinara una distribución homogénea en
unas condiciones operativas viables, es decir, debe presentar una buena adherencia a las
superficies del equipo, ser de fácil preparación y presentar un coste razonable.
•
Adaptación de la máquina de envasado a los sistemas de envase activo desarrollados
Se iniciaron las actividades relativas a la adaptación de la máquina de envasado a los
sistemas de envase activo desarrollados con un estudio del estado del arte de posibles
activos ya existentes y analizando las diversas formas de aplicación de los mismos.
Posteriormente, se realizó un estudio de maquinabilidad sobre el material de envase activo
desarrollado. Considerando que inicialmente los procesos de incorporación del principio
activo en el material de envase seguían dos vías de trabajo, dada la estabilidad térmica del
agente activo obtenido en la tarea 5.1, se analizó la maquinabilidad a) agregando el extracto
activo al barniz base aplicado a los laminados actuales mediante un recubrimiento y b)
incorporando el principio activo en el material de envase más próximo al alimento
mediante extrusión/coextrusión.
176 Para la “homologación” del film se establecieron diferentes requisitos a cumplir. Siempre
teniendo como objetivo obtener un envase hermético apto para envolver productos
perecederos.
–
–
–
–
Hermeticidad del envase (Ulma Test ≥ 0.4 bar TS y 0.6 bar FP).
Maquinabilidad del film (eliminar roturas, microfisuras en film…)
Residual de O2 < 0.5 %
Aspecto del envase final (distorsión mínima de la bandeja, calidad en la
soldadura y en el corte, ausencia de pliegues …)
Para el caso de termosellado el desarrollo de un sistema de perfiles especiales para el sellado
(placas de soldadura, cuchillas de corte…) permitió mejorar los resultados obtenidos,
siendo finalmente satisfactorios y casi equiparables a un film estándar ya existente en el
mercado.
Resultados:
•
Desarrollo de una máquina de envasado activo higienizable.
–
Estudio de los sistemas de envasado activo desde una perspectiva higiénica.
La evaluación de diseño higiénico de las máquinas termoselladora y termoformadora, se
abordó según la siguiente pauta:
a) Evaluación previa
b) Evaluación “in situ”
c) Valoración del riesgo asociado al incumplimiento del requisito de higiene detectado
d) Validación de los resultados
a) Evaluación previa
Se realizó una evaluación previa del grado de cumplimiento de requisitos higiénicos. Para
ello se preparó un “check list” basado en los requisitos de diseño higiénicos establecidos
en los diferentes documentos existentes aplicables al tipo de maquinaria objeto de estudio
(Doc. 8, 13,11, 29, 32 de EHEDG; NSF/ANSI2-2002-e; 3A 27, 3A 23; UNE EN 1672,
UNE-EN ISO 14159).
Utilizando este “check list” como herramienta de apoyo se realizó la evaluación previa del
equipo abordando cada uno de los subconjuntos identificados por ULMA y considerando
los cuatro niveles de peligro identificados con anterioridad:
Zona A: transporte de producto
Zona B: zona de entrada inferior a porta bobinas y zona de sellado
Zona C: zona inferior a transporte
Zona D: zona de salida de producto envasado
177 Como resultado de esta evaluación se identificaron áreas que cumplen o incumplen los
requisitos de diseño higiénico y áreas en las que fue necesaria la evaluación posterior
visual “in situ” para poder determinar con exactitud el grado de cumplimiento de los
requisitos de diseño higiénico.
b) Evaluación in situ
El objetivo fundamental fue confirmar la detección de las áreas fuertes y las susceptibles
de mejora del diseño higiénico realizado en la evaluación previa y proceder a la evaluación
de aquellas que precisan de una inspección visual y/o desmantelamiento más profundo.
Además, se identificaron y agruparon los diferentes subconjuntos que conforman la
totalidad del equipo en las cuatro zonas establecidas en función del peligro que pueden
suponer para el producto.
El equipo se evaluó con la máquina envasadora parada y utilizando como herramienta de
apoyo el “check list” parcialmente cumplimentado.
Como resultado de esta etapa se identificaron las áreas o partes del equipo en las que era
necesario incorporar mejoras en el diseño para garantizar unas condiciones higiénicas
óptimas para el envasado de productos cárnicos.
c) Valoración del riesgo asociado al incumplimiento del requisito de higiene detectado
La familia de “productos cárnicos” susceptibles de ser envasados en la envasadora objeto
de estudio, era muy amplio e incluía carne fresca y productos cárnicos listos para el
consumo. Se identificaron algunas partes del equipo en las que en función del producto a
envasar se podía ser más o menos estricto en el cumplimiento de los requisitos de higiene.
d) Validación de los resultados
Se visitaron dos empresas, una de productos cárnicos en la Comunidad Valenciana y otra
de platos preparados en el País Vasco. En ambos casos se observaron detalladamente las
máquinas en funcionamiento lo cual permitió la validación y, en algún caso, la
incorporación de algunos aspectos adicionales a las evaluaciones realizadas con
anterioridad. Como conclusión final se elaboraron sendos documentos en los que se
reflejó el resultado de las evaluaciones del diseñó higiénico de ambas máquinas
envasadoras.
–
Método de validación del diseño higiénico en las líneas de envasado activo
desde una perspectiva higiénica
Se comenzó por la definición de alternativas de indicador y formas de detección. Para ello
se valoraron agentes de naturaleza microbiológica y química. También se tuvieron en
cuenta otros mecanismos indirectos para valorar la presencia de posibles peligros después
de las operaciones de limpieza y desinfección (p.e. carbono orgánico total (COT), análisis
de proteína, etc.). Dicha valoración se realizó teniendo en cuenta y buscando un equilibrio
entre los siguientes factores:
178 o
o
Nivel de precisión que ofrece el indicador.
Viabilidad práctica del método. La técnica seleccionada deberá poder
realizarse en la empresa y ser óptima para el tipo de equipos diseñados
y construidos por ésta.
A continuación se definieron las condiciones de ensuciado del equipo. La solución debía
presentar una buena adherencia a las superficies del equipo, similar a la que el producto
cárnico genera en la línea de envasado, ser de fácil preparación en la empresa y presentar un
coste razonable.
Se procedió a la determinación de las condiciones de limpieza del equipo.
–
Validación de una línea de envasado activo (termoformado/termosellado) para
productos cárnicos.
Es fundamental a la hora de seleccionar los puntos críticos, diferenciar entre las partes de la
máquina que se encuentran en contacto con el producto y las que no. Para ello, es
necesario entender perfectamente qué se considera zona en contacto con el producto.
Portabobinas inferior
Portabobinas superior
Horma Precalentamiento + formado
Encimeras zona de carga + guardas superiores antes de soldadura
Figura 5.5.21. Muestra de las zonas de una máquina de envasado
Una vez seleccionados los subconjuntos del equipo a evaluar los pasos siguientes fueron:
o
Aplicación de la solución sucia.
o
Definición del método de limpieza adecuado.
o
Toma de muestras para comprobar el grado de limpieza alcanzado.
179 o
Evaluación de resultados.
o
Elaboración del protocolo de evaluación: repetibilidad.
Las pruebas se realizaron en la planta piloto de higiene sobre uno de los subconjuntos de la
termoformadora:
Figura 5.5.22. Realización de pruebas en planta piloto
Las variables analizadas fueron:
o
Indicador: Riboflavina, B-caroteno y fluoresceína.
o
Concentración del indicador.
o
Matriz de la solución ensuciadora (agua, leche entera). El empleo de
tacos de carne o carne picada fue descartada debido a su dificultad de
ensuciar todas las partes del equipo.
o
Tiempo de secado.
A continuación se procedió a la definición de la fase de limpieza del método. A partir de la
preselección de soluciones de limpieza y mecanismos de aplicación realizada en la anualidad
anterior, se realizaron las aplicaciones prácticas necesarias de las distintas combinaciones
propuestas para seleccionar la opción más adecuada.
Las variables analizadas fueron:
–
o
Empleo de detergente y, en su caso, concentración.
o
Tiempo.
o
Presión de aplicación.
o
Temperatura.
Recomendaciones para la limpieza y desinfección de las máquinas envasadoras
termoformadoras higienizables
Se redactó un documento estableciendo las principales directrices a considerar en las
operaciones de limpieza y desinfección de las máquinas termoformadoras higienizables de
ULMA Packaging.
180 Las indicaciones que se recogen en el documento deben seguirse independientemente del
protocolo final que se aplique sobre la máquina de manera que se garantice en todo
momento la eficacia de la operación y se salvaguarde la integridad del equipo.
Figura 5.5.23. Realización de pruebas para la definición de recomendaciones para la limpieza y desinfección de termoformadoras higienizables
• Adaptación de la máquina de envasado a los sistemas de envase activo desarrollados
– Estudio de maquinabilidad sobre material de envase activo.
Teniendo en cuenta que inicialmente los procesos de incorporación del agente activo en el
material de envase seguían dos vías de trabajo según la estabilidad térmica, se analizó la
maquinabilidad a) agregando el extracto activo al barniz base aplicado a los laminados
actuales mediante un recubrimiento y b) incorporando el principio activo en el material de
envase más próximo al alimento mediante extrusión/coextrusión.
Las actividades realizadas relativas al estudio de maquinabilidad se han realizado en
diferentes conceptos de envuelta (Flow-Pack y Termoformado).
Se evaluó la soldabilidad del film dejando para una fase posterior lo que sería el formado.
Una vez conseguido un buen sellado, se modificaron las características mecánicas para
evitar marcas durante el mismo.
Para la “homologación” del film se establecieron diferentes requisitos a cumplir, teniendo
como objetivo un envase hermético apto para la envuelta de productos perecederos.
o
Hermeticidad del envase (Ulma Test ≥ 0.4 bar TS y 0.6 bar FP).
o
Maquinabilidad del film (eliminar roturas, microfisuras en film…)
o
Residual de O2 < 0.5 %
o
Apariencia del envase final (distorsión mínima de la bandeja, calidad en
la soldadura y en el corte, ausencia de pliegues …)
En el caso del termosellado el desarrollo de un sistema de perfiles especiales para el sellado
(placas de soldadura, cuchillas de corte…) permitió mejorar los resultados obtenidos,
siendo finalmente satisfactorios y casi equiparables a un film existente en el mercado.
181 En flow pack se realizaron pruebas de soldadura con diferentes mordazas y rodillos
(planos, estriados, teflonados, diferentes anchuras…). El acabado de la soldadura fue
bastante satisfactorio, aunque los resultados de hermeticidad demostraron que la soldadura
no era tan fuerte como debiera de ser. Se diseñaron y validaron nuevas mordazas y rodillos
con un perfil más agresivo para mejorar la adhesión entre films (ver figura 5.5.24).
Figura 5.5.24. Pruebas de adhesión entre films.
Las pruebas iniciales mostraron que era viable el sellado, aunque las características
mecánicas del material complicaron su manipulación. Fue necesario obtener material en
lámina de un modo semiindustrial para determinar el comportamiento definitivo del film.
El resultado vía recubrimiento fue bastante satisfactorio. Sin embargo debido a la
coloración introducida por el agente activo en film base no fue el más indicado para
aplicaciones de flow-pack o film de tapa superior en bandeja. Por lo tanto, considerando
que el principio activo actúa por contacto directo y tiene un color pardo se planteó la
investigación incorporándolo al material de envase mediante extrusión/coextrusion dado
que mediante recubrimiento iría en la tapa del envase y las limitaciones existentes no lo
hacen comercialmente viable.
–
Pruebas de soldabilidad del film con el agente activo incorporado mediante
extrusión/coextrusión:
Se realizaron pruebas de sellado sobre las estructuras diseñadas para la experimentación
con producto debido a la falta de material para evaluar diferentes combinaciones. En la
coextrusión se obtuvieron tres estructuras:
o
o
o
Estructura 1: EVA/adh/EVOH/adh/EVA (Control)
Estructura 2: EVA (6% agente activo)/ adh/EVOH/ adh/EVA (6%
agente activo)
Estructura 3: EVA (10%Nano)/ adh/EVOH/ adh/EVA (10%Nano)
Se realizó un estudio comparativo entre las estructuras desarrolladas tomando como
control la estructura 1 con EVA y sin el aditivo activo, ya que éste indica cual es la
variación de las propiedades de la lámina una vez adicionado el activo, ya sea debido al
proceso de adición o al activo en sí mismo.
182 Las pruebas se realizaron en las instalaciones de ULMA PTC sobre diferentes sistemas de
soldadura, pero siempre con un sistema de corte por cuchilla ya que es el más adecuado
para aplicaciones de termosellado.
Las pruebas realizadas sobre el material de control (E1) indicaron que la temperatura de
sellado se encuentra alrededor de los 150º C para tiempos cercanos a los 0,5 segundos.
Sobre esta orientación se trabajó con diferentes presiones y temperaturas para determinar la
soldabilidad de las estructuras E2 y E3.
En la Figura 5.5.25 pueden observarse los resultados para los materiales E1, E2 y E3.
Figura 5.5.25. Resultados de los diferentes materiales (E1, E2 y E3)
El comportamiento del material fue similar en todos los casos, aunque cabe destacar que la
temperatura de soldadura se redujo gradualmente durante las pruebas hasta un punto
óptimo cercano a los 130ºC. La plasticidad del material en zonas cercanas al punto de
fusión facilitaron una buena soldadura e incluso con varias capas de material el resultado
fue positivo cuando se aumentó el tiempo de aplicación de calor y se aumentó la presión de
sellado.
Es necesario un sistema de perfiles especiales para el sellado (placas de soldadura, cuchillas
de corte, etc.), ya que los sistemas estándares presentan problemas en el proceso de corte.
Fue necesario diseñar y adaptar una solución de soldadura y corte más agresivas debido a la
ductilidad del material. Finalmente, los resultados fueron muy satisfactorios y casi
equiparables a un film comercial ya existente en el mercado.
Para pruebas de sellado sobre envase se seleccionó la bandeja rígida 230 x 147 x 45: L12
con una cara sellante de PE (polietileno) y se adaptó la máquina según los criterios
establecidos durante la prueba de soldadura.
En la Figura 5.5.26 se puede observar los resultados finales para los materiales E1, E2 y E3:
183 Figura 5.5.26. Resultados obtenidos en las pruebas de sellado entre una bandeja y los films evaluados.
Finalmente, se planteó la posibilidad de avaluar las estructuras E2 y E3 simulando el
proceso sobre lo que será el “producto” definitivo, en el cual el material se laminará y se
termoconformará para producir una bandeja. Para ello se experimentó sobre la capacidad
sellante del combinado compuesto por una bandeja comercial (L12) con capa sellante de
PE (polietileno), las estructuras E2 o E3 y finalmente un film de tapa como el Poliskin XL
metalocénico 12/50 micras de AMCOR.
En la Figura 5.5.27se pueden observar los resultados para la estructura E2 + Poliskin XL:
Figura 5.5.27. Resultados obtenidos para la estructura EVA (6% agente activo)/ adh/EVOH/ adh/EVA (6% agente activo)
Y en la Figura 5.5.28 los resultados para la estructura E3 + Poliskin XL:
Figura 5.5.28. Resultados obtenidos para la estructura EVA (10%Nano)/ adh/EVOH/ adh/EVA (10%Nano)
Se puede concluir que es viable sellar en las diferentes variantes planteadas, aunque las
características mecánicas del material complican su manipulación. Incluso se ha
demostrado que las variaciones de concentración de ácido acético pueden ser admitidas sin
cambios mayores de diseño, lo cual es imprescindible al plantear un diseño industrial.
184 Conclusiones:
•
Las variables analizadas han permitido localizar los puntos críticos a rediseñar desde
el punto de vista higiénico en el equipo de envasado activo.
•
Se desarrolló un sistema de perfiles especiales para el sellado (placas de soldadura,
cuchillas de corte…) que ha permitido mejorar los resultados obtenidos con el film
activo, siendo satisfactorios y equiparables a un film existente en el mercado.
185 5.6
ACTIVIDAD 6. NUEVAS APLICACIONES DE LOS FLUIDOS
SUPERCRÍTICOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
5.6.1
Tarea 6.1. Esterilización por extracción supercrítica (Biosearchlife, S.A
– AINIA).
Objetivos: El objetivo principal de esta tarea fue la definición de un proceso basado en la
aplicación de CO2 a presión como vía para la reducción de la carga microbiológica en
ingredientes sólido pulverulentos sometidos a extracción, previa evaluación del papel de las
variables principales del proceso. Se plantearon los siguientes objetivos parciales agrupados
en varias subtareas:
•
Seleccionar las materias primas concretas, identificar las condiciones de
conservación y realización del aprovisionamiento de distintos lotes sobre los que se
centró el estudio de desarrollo de proceso.
•
Definir las metodologías a aplicar en las pruebas experimentales de reducción de la
carga microbiológica mediante dióxido de carbono a presión y en las
caracterizaciones microbiológicas y químico-físicas, de las materias primas antes y
después de los tratamientos; todo ello previa actualización del estado de la
tecnología sobre procesos de eliminación de carga microbiológica mediante CO2
aplicables a los ingredientes alimentarios seleccionados y otros aspectos afines.
•
Estudiar experimentalmente a nivel de laboratorio la influencia de las distintas
variables de operación en la efectividad desinfectante del proceso a presión y
seleccionar las condiciones de operación de referencia a escala de laboratorio.
•
Proceder al escalado y validación de las condiciones de operación a escala piloto
más efectivas a nivel de laboratorio, analizando la influencia de las distintas
variables sobre el escalado del proceso de reducción de carga microbiológica.
•
Validar los algoritmos de escalado aplicados y evaluar la efectividad del tratamiento
de reducción de carga microbiológica en las pruebas realizadas a escala piloto, para
identificar el proceso más idóneo.
El trabajo se realizó con la colaboración de AINIA, que cuenta con una experiencia de casi
veinte años en el estudio y aplicación de la tecnología de fluidos supercríticos incluyendo
tanto el desarrollo de procesos como instalaciones a medida, pasando por la formación
especializada en este ámbito a nivel teórico y práctico. Estas actividades se realizaron en las
instalaciones que AINIA dispone y que incluyen una planta piloto con cinco equipos de
diferentes características con las que se han realizado las investigaciones requeridas para dar
respuesta a los objetivos planteados en el proyecto FUTURAL.
Resumen ejecutivo: A lo largo del proyecto, se efectuaron actividades documentales,
experimentales, analíticas, etc. que llevaron a señalar la naturaleza de la materia prima entre
las variables clave y a definir las bases del proceso de referencia que constituiría el punto de
partida para futuros desarrollos.
186 La primera identificación de los principales factores con influencia en la eficacia del
proceso y de los intervalos de valores para cada uno de estos factores se efectuó a través de
la revisión de artículos científico-tecnológicos sobre el proceso de reducción de la carga
microbiológica con CO2 a presión, cuya actualización se llevó a cabo a lo largo de todo el
proyecto. Sobre esta información también se sustentó la definición de las metodologías de
operación y los procedimientos de evaluación, así como su puesta a punto. En relación con
las metodologías de tipo microbiológico, se establecieron los microorganismos indicadores
de calidad (Aerobios totales, Enterobacterias, Escherichia coli, Salmonella, Hongos,
Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, etc.) y sus límites.
Para las actividades experimentales, inicialmente se seleccionaron dos extractos de origen
vegetal y tras su preparación y aprovisionamiento, se efectuaron baterías de pruebas en las
instalaciones de AINIA bajo un diseño experimental a dos niveles de presión y
temperatura. A la vista de los resultados y considerando las propiedades como disolvente
del CO2 en estado supercrítico, se planteó como objetivo complementario la extracción de
la fracción más lipofílica al tiempo que se redujo o eliminó la carga microbiológica en las
matrices.
Con los resultados obtenidos, se decidió focalizar el estudio en la esterilización directa de
materias primas originales, en lugar de hacerlo sobre materias primas ya procesadas
(extractos). Se seleccionaron cinco materias primas como productos modelo de varias
tipologías de producto, diferenciadas en características tales como: presencia de cubierta,
dureza, tamaño de partícula, humedad, nivel de aceite, etc. Las materias primas
seleccionadas fueron: un material pulverulento de origen vegetal (“PUL”), semillas
(“SEM”), frutos secos troceados (“FSEC”), harina de un fruto seco (“HAR”) y hojas de
árbol perenne (“HOJ”).
De este modo, se estudió mediante pruebas experimentales a escala de laboratorio la
influencia de estos factores sobre la eficacia del tratamiento con CO2 a presión para la
esterilización y la obtención de extractos de interés como representación de otras materias
primas de similares características. Entre las variables de proceso consideradas en el diseño
experimental se incluyeron la temperatura de CO2, la presión, el tiempo de proceso, el
caudal de CO2, o la posibilidad de empleo de codisolventes. Además se estudió la influencia
de estrategias como la aplicación de ciclos de presurización-descompresión.
En el caso de semillas duras y con bajo contenido en agua, se verificó la eliminación
completa de los hongos y reducciones de aerobios hasta un 80%, obteniéndose los mejores
resultados cuando la presión era mayor. Con materias primas de elevado contenido lipídico
se verificó la posibilidad de inactivación de mohos y de aerobios mesófilos al reducir el
contenido en lípidos. Respecto a las hojas de árbol perenne, se obtuvo la eliminación
completa de los hongos, y en alguna de las pruebas se inactivaron microorganismos
aerobios hasta niveles inferiores al límite de detección.
A partir de los resultados obtenidos a nivel de laboratorio, se definieron los parámetros de
referencia y se realizaron pruebas a escala piloto para analizar el efecto del cambio de
escala. La realización de pruebas a escala piloto incluyó también el estudio de la influencia
de otra estrategia innovadora, la aplicación de ultrasonidos en el interior de la cámara de
187 tratamiento haciendo uso de una tecnología patentada por AINIA junto con la UPVA y el
CSIC.
El análisis de los resultados obtenidos permitió identificar los procesos más efectivos,
acotando las variables de proceso más adecuadas, para cada tipología de materia prima
estudiada.
Resultados: A continuación se resumen los resultados más relevantes obtenidos en las
diferentes subtareas realizadas:
•
Selección y aprovisionamiento de ingredientes alimentarios para el estudio de
tratamientos de esterilización mediante la aplicación de CO2 a presión.
La selección de los ingredientes alimentarios para el estudio experimental del
tratamiento se efectuó considerando la revisión bibliográfica que avaló el carácter
innovador de las investigaciones planteadas. La mayoría de trabajos publicados sobre
esterilización con CO2 a presión se centraban en alimentos líquidos, mientras que el
tratamiento de alimentos sólidos es más complejo y tan sólo existen algunos artículos
(García, et al., 2007). Por lo tanto, el hecho de centrar la investigación sobre materias
primas sólidas representó un alto grado de innovación que encaja con el interés por
obtener ingredientes alimentarios esterilizados de valor añadido.
Durante las primeras etapas de proyecto se trabajó con extractos de desarrollo propio,
que se prepararon y acondicionaron convenientemente para realizar los ensayos.
Posteriormente se planteó el objetivo complementario de aprovechar las propiedades
del CO2 en estado supercrítico como disolvente para, al tiempo que se reduce o elimina
la carga microbiológica de las materias primas, extraer de forma complementaria los
principios activos más lipofílicos (ácidos grasos, aceites esenciales, etc.). Este
planteamiento se alinea con las investigaciones de vanguardia en este campo (Calvo et
al., 2007; Norulaini et al., 2008).
Para analizar la influencia que algunos parámetros propios de materias primas vegetales
sólidas tienen en el proceso, se decidió abordar las actividades experimentales con
diferentes tipologías de matrices sólidas. Las materias primas seleccionadas
correspondieron a 5 tipologías diferentes, atendiendo a su tamaño de partícula, a su
dureza, a la presencia de protecciones físicas externas, o a su contenido graso. A la vista
de los resultados obtenidos con cada tipo de materia prima, se decidió centrar los
esfuerzos en el estudio del proceso de inactivación de materias primas de elevado
contenido lipídico. Para ello, se seleccionaron diferentes matrices sólidas como modelos
de distintos tipos de materias primas (frutos secos y partes de cereales).
•
Determinación de métodos de operación y análisis para la evaluación de la
efectividad de tratamientos a presión: producción y caracterización de muestras
A través de la información técnica de partida sobre esterilización mediante CO2 a
presión y métodos de caracterización se corroboró que el tratamiento de alimentos
sólidos con CO2 a presión es más complejo por sus atributos de calidad físicos,
nutricionales y de higiene microbiológica comparado con la aplicación de CO2 a presión
sobre alimentos líquidos. Esta complejidad se debe al elevado número de factores que
188 influyen en la eficacia del proceso: presión y temperatura, estado físico del CO2,
agitación, contenido en agua, velocidad de despresurización, microorganismos
presentes, concentración microbiana inicial, propiedades físicas y químicas del medio,
pH del medio, condiciones de cultivo y etapa de crecimiento de las células, aditivos,
combinación de tratamientos, etc. En general, el tratamiento de alimentos sólidos con
CO2 a presión requiere tiempos de tratamiento mayores para conseguir una inactivación
microbiológica significativa como resultado de las interacciones entre los ingredientes
alimentarios y factores intrínsecos, y también, por la propia limitación del CO2 para
difundirse en matrices sólidas y células dada la dificultad para agitar la muestra (García et
al., 2007).
Tras el análisis de la información extraído de la revisión bibliográfica, se desarrollaron
los procedimientos experimentales para la identificación del efecto de las principales
variables del proceso sobre las características de las materias primas sólidas. También, se
concretaron los parámetros indicadores de calidad microbiológica y se definieron las
metodologías analíticas de caracterización de materias primas y muestras tratadas. Los
análisis microbiológicos se realizaron siguiendo procedimientos contrastados, basados
en los ensayos para microorganismos específicos de la Real Farmacopea Española, 2005
3ª Edición (monografía 2.6.13.). Los límites microbiológicos se establecieron de acuerdo
con las especificaciones determinadas en la misma.
El estudio experimental se centró en analizar las principales variables del proceso, según
diseños experimentales considerando distintos niveles de temperatura (preservando los
compuestos termolábiles), de presión, de tiempo, de tratamiento y de relaciones másicas
CO2/materia prima. Además se estudió la influencia de la aplicación de ciclos de
presurización-despresurización para favorecer la rotura mecánica de las paredes
celulares. Por otra parte, también se contempló el estudio del efecto de la aplicación de
ultrasonidos de potencia para incrementar la penetrabilidad del CO2 en las células
microbianas.
En cada prueba, a través de la materia prima se hizo circular CO2 en las condiciones de
presión, temperatura y flujo seleccionadas durante el tiempo de proceso establecido.
Durante el proceso, se efectuó la recogida periódica de las sustancias extraídas y
precipitadas al cambiar las condiciones de presión y temperatura. Después del
tratamiento se acondicionó para su conservación y posterior caracterización. A partir de
los resultados de las caracterizaciones, se calculó la eficacia del proceso de reducción de
la carga microbiológica.
•
Estudio experimental a nivel de laboratorio de la influencia de las principales
variables de tratamientos de esterilización:
Para evaluar la viabilidad del proceso para cada tipología de producto y la influencia de
sus variables, se realizaron pruebas experimentales empleando las cinco tipologías de
materias primas seleccionadas. La realización de pruebas a escala de laboratorio sirvió
para conseguir elevadas relaciones másicas CO2/materia prima y para acotar los
intervalos más adecuados de las principales variables de proceso.
En líneas generales, se observó una influencia positiva de la presión (más acusada en el
caso de materias duras o pulverulentas con elevado contenido graso) sobre el
189 rendimiento de extracción y en la cinética del proceso. También se observó un efecto
favorable de la temperatura. Por otro lado, un elevado contenido graso de las materias
primas conllevó un mayor rendimiento en la cantidad de materia extraída. Con materias
primas de alto perfil lipídico se alcanzaron rendimientos superiores al 15%, mientras que
en otros procesos los rendimientos fueron claramente inferiores. Las caracterizaciones
realizadas sobre los extractos obtenidos revelaron actividad antioxidante.
La aplicación de ciclos de presurización y despresurización sobre las semillas, para tratar
de favorecer la rotura mecánica de las paredes celulares condujo a escala de laboratorio a
un mayor nivel de extracción (un 20% más) aún empleando menor cantidad de CO2 en
el proceso. Además, con esta materia prima se evidenció la doble finalidad perseguida
(esterilización + obtención de extractos de interés), al obtenerse extractos con una
concentración hasta 3 veces superior, en dos principios activos de interés seleccionados,
que la obtenida en procesos de extracción convencionales. En lo que se refiere a la
esterilización, los resultados alcanzados han llevado a constatar la viabilidad de la
tecnología, remarcando la elevada influencia de las características de la materia prima
sobre los resultados de inactivación alcanzados. Concretamente, el tratamiento aplicado
sobre hojas de árbol perenne consiguió la eliminación total de hongos, e inactivaciones
hasta niveles inferiores al límite de detección en algún caso de microoganismos aerobios.
Por otro lado, se observaron menores niveles de esterilización en materias de elevado
perfil graso, barajándose como hipótesis un posible efecto protector de estos
compuestos lipídicos, que puede limitar la accesibilidad del CO2 al entorno de los
microorganismos y con ello dificultar su contacto y/o destrucción. Asimismo, se
observó cierto efecto favorable derivado del aumento de la presión, y en el caso de
determinadas materias primas, se observó que el empleo de codisolventes mejoró los
resultados de inactivación.
•
Validación y escalado experimentales de las condiciones más efectivas del proceso a
presión:
El estudio del proceso de escalado es necesario para el posterior desarrollo de los
procesos a nivel industrial y comprendió tres etapas: recopilación de datos y definición
de las bases del proceso; análisis de los resultados a escala de laboratorio e investigación
experimental a escala piloto.
A nivel de laboratorio se observaron menores rendimientos de esterilización con
materias primas con elevado perfil graso, apuntando un posible efecto protector de
estos compuestos lipídicos. Por este motivo, se decidió centrar los esfuerzos en materias
primas de elevado perfil graso, planteando diferentes pruebas para determinar la
influencia del tiempo de proceso y del grado de agotamiento de los compuestos grasos
en el nivel de esterilización alcanzado.
Las pruebas experimentales a escala piloto se realizaron en el equipo PFS20 de AINIA
(Figura 5.6.1) aplicando las condiciones de proceso intensivas (presión de extracción,
temperatura de extracción, presión de separación, temperatura de separación, etc.)
seleccionadas a partir de los resultados obtenidos a nivel de laboratorio. Los valores de
las variables de proceso extensivas se calcularon a partir de reglas de escalado, si bien
190 para su selección final se tuvo también en consideración su impacto para plantear la
viabilidad técnico-económica del proceso en una potencial aplicación a nivel industrial.
Figura 5.6.1. Planta piloto de procesado con fluidos supercríticos PFS20 (AINIA)
La realización de pruebas experimentales a escala piloto, incluyó el estudio de la
influencia de otra estrategia innovadora: la aplicación de ultrasonidos combinada con el
tratamiento con CO2 a presión. Para ello, se empleó la metodología y equipamientos
descritos en una patente sobre extracción con fluidos supercríticos asistidos por
ultrasonidos de alta intensidad. Además, el equipo empleado es adecuado para la
realización de estudios de escalado de este tipo, pues posee una función de control
automático, tal y como se requeriría en aplicaciones industriales. La aplicación de
ultrasonidos sobre materias primas de elevado contenido graso aumentó el rendimiento
de extracción en más de un 10% y redujo el tiempo de proceso para alcanzar un mismo
rendimiento.
La comparación de resultados a escala de laboratorio y a escala piloto evidenció que los
resultados dependían de la tipología de materia prima empleada. Las cinéticas de ensayos
con diferentes materias primas mostraron variaciones positivas respecto a algunas de las
relaciones de escalado (relación extracto obtenido/disolvente empleado). En el
procesado de la materia prima dura, granulada y de bajo contenido de humedad, los
rendimientos y características del extracto confirmaron la escalabilidad del proceso,
requiriéndose menores relaciones másicas CO2/materia prima para conseguir un mismo
rendimiento de extracción, por lo que el proceso a nivel piloto se podría considerar más
eficiente. Esta mejora en la eficiencia a escala piloto se observó también con materias
primas de elevado contenido lipídico. Además, dado el mayor desgrasado alcanzado en
las pruebas realizadas a nivel piloto, se alcanzaron niveles de inactivación superiores a
los alcanzados a nivel de laboratorio, avalando las posibilidades de futuros escalados.
•
Especificación del proceso más efectivo para la reducción de la carga microbiana
mediante CO2 a presión:
Con los resultados obtenidos, se estableció que cada tipo de materia prima presenta
unas particularidades concretas. En líneas generales, se observó una relación positiva
entre la severidad de las condiciones de proceso (presión y temperatura de tratamiento)
y el nivel de esterilización alcanzado. Diferentes publicaciones indican un efecto positivo
en la inactivación, asociado al empleo de codisolventes o a la cantidad de humedad de la
191 materia de partida, si bien puede no ser conveniente actuar sobre estas variables
dependiendo de las especificaciones de cada materia prima.
Los resultados obtenidos muestran que éstos dependen de la tipología de la materia
prima. En general se alcanzaron mayores inactivaciones en las materias primas que
presentan un bajo contenido lipídico siendo una posible hipótesis el efecto protector de
estos compuestos lipídicos, dada la mayor afinidad del CO2 supercrítico con las
sustancias lipofílicas. Esta hipótesis se correspondería con la bibliografía (GarcíaGonzález et al., 2008) y con los resultados obtenidos con otras matrices con contenidos
inferiores en lípidos. Así se explicaría que en las pruebas realizadas sobre semillas con un
contenido lipídico intermedio, se inactivaran hongos, pero no completamente los
microoganismos aerobios, y que en las pruebas realizadas sobre hojas de árbol de bajo
contenido lipídico se consiguiera esterilizar tanto los hongos como los microorganismos
aerobios.
Esta línea de estudio se profundizó realizando pruebas a escala piloto con materias
primas de elevado contenido lipídico, llegándose a observar ausencia de mohos y
levaduras, y reducciones de aerobios hasta el 80%. Las mayores reducciones de aerobios
se observaron en tratamientos en los que se alcanzaron importantes niveles de
desgrasado. Respecto a otras variables de proceso, cada tipo de materia prima presenta
particularidades. En el caso de semillas duras y con bajo contenido en agua se verificó la
eliminación completa de los hongos y reducciones de microorganismos aerobios hasta
un 80%, obteniéndose los mejores resultados en el proceso realizado a mayor presión.
En los tratamientos de materias primas de elevado contenido lipídico se verificó la
posibilidad de inactivación en los procesos y además se consiguió la extracción casi total
de sus compuestos lipídicos. Se observó una influencia positiva de la temperatura en la
inactivación de mohos y una influencia positiva del nivel de agotamiento de compuestos
lipídicos en la materia prima en la inactivación de aerobios mesófilos. Respecto a las
hojas de árbol perenne (“HOJ”), se alcanzó la eliminación completa de los hongos, y en
alguna de las pruebas inactivaciones de microorganismos aerobios hasta niveles
inferiores al límite de detección. El empleo de codisolvente mejoró los rendimientos de
inactivación.
Respecto a la extracción, los resultados mostraron también una importante influencia de
la tipología de materia prima. Por ejemplo, en el caso de las semillas, muy duras y con
bajo contenido en agua, se evidenció la doble finalidad perseguida (esterilización +
obtención de extractos de interés), al obtenerse extractos con una concentración en los
principios activos de interés hasta 3 veces superior a la obtenida mediante métodos
convencionales. La aplicación de ultrasonidos y de ciclos de compresión-descompresión
resultó favorable en los rendimientos del proceso.
Por otro lado, trabajando con frutos secos y fracciones de cereal de elevado contenido
lipídico, los rendimientos de extracción se situaron entre el 15 y el 60%, observándose
un efecto favorable de la presión y de la aplicación de ultrasonidos en la cinética del
proceso y en el nivel de desgrasado alcanzado. Además, se verificó la viabilidad de la
tecnología para fraccionar los extractos obtenidos, trabajando con dos cámaras de
separación a diferentes condiciones de presión y temperatura. De este modo, se
192 consiguió obtener una fracción acuosa con bajo contenido en aceite, y una fracción
oleosa, prácticamente exenta de agua. Finalmente, la aplicación de CO2 supercrítico
sobre hojas de árbol llevó a identificar claras mejoras de cara a su posterior procesado
mediante otras técnicas.
En resumen, el grado de inactivación alcanzado dependió de la tipología de materia
prima. El análisis realizado sugiere que en determinadas materias primas, un elevado
contenido lipídico ejerce un efecto protector dificultando que el tratamiento consiga la
inactivación. La tecnología presentó resultados muy positivos (esterilización completa)
cuando se aplicó a hojas de árbol perenne. Cuando se aplicó sobre materias primas con
elevado contenido graso, los mejores resultados se obtuvieron aplicando altas presiones
(superiores a 250 bar), temperaturas moderadas (inferiores a 70ºC), partiendo de materia
prima molturada y empleando relación CO2/materia prima suficiente para obtener un
alto nivel de desgrasado del producto inicial.
g extracto / 100 producto
40,0
0,0
0
150
300
kg C O2/kg producto
P2
P1
Figura 5.6.2. Cinéticas de extracción en pruebas con materia prima de elevado contenido lipídico. Efecto favorable de la presión (P2 > P1)
sobre la cinética y rendimiento del proceso
193 g extracto / 100 producto
10,0
0,0
0
75
kg C O2/kg producto
con US
sin US
g extracto / 100 producto
40
0
0
50
k g CO2 / k g pr oduc t o
sin US
c on US
Figuras 5.6.3 y 5.6.4. Cinéticas de extracción en pruebas realizadas con dos tipologías de materias primas. Influencia favorable de la
aplicación de ultrasonidos (US) sobre la cinética y rendimiento del proceso
A continuación se incluyen algunos ejemplos para mostrar la tipología de extractos
obtenidos.
Figura 5.6.5. Ejemplo de extractos obtenidos a partir de una materia prima de elevado contenido lipídico
194 Figura 5.6.6. Ejemplo de extractos obtenidos en el separador 1 (S.1) y en el separador 2 (S.2) a partir de una materia prima de elevado
contenido lipídico. Se puede apreciar el fraccionamiento realizado. La práctica totalidad de agua se recogió en el separador 2, mientras que la
fracción obtenida en el separador 1, apenas contuvo agua en su composición.
Conclusiones:
•
Se ha observado que el grado de inactivación alcanzable depende en gran medida de
la tipología de materia prima.
•
El análisis de los resultados sugiere que un elevado contenido lipídico ejerce un
efecto protector dificultando la inactivación.
•
La tecnología presentó resultados muy positivos (esterilización completa) cuando
fue aplicada a hojas de un árbol perenne.
•
Cuando se aplicó sobre materias primas con elevado contenido graso, los mejores
resultados (esterilización completa en cuanto a mohos y levaduras, y reducciones de
aerobios y mesófilos hasta un 80%) se obtuvieron aplicando altas presiones,
temperaturas moderadas, partiendo de materia prima molturada y empleando una
relación CO2/materia prima suficiente para conseguir un desgrasado prácticamente
completo del producto inicial.
En relación con el doble objetivo perseguido, se verificó la viabilidad de la tecnología para
la extracción simultánea de sustancias de interés, al tiempo que transcurrieron los procesos
de esterilización para determinadas materias primas.
Con las conclusiones de las investigaciones realizadas en este proyecto se ha definido un
proceso de referencia y escalable.
5.6.2 Tarea 6.2. Efecto de las principales variables de operación y de las
interacciones entre componentes mayoritarios y minoritarios para la
definición del proceso de extracción supercrítica (Soria Natural, S.A –
AINIA).
Objetivos: La tecnología basada en fluidos supercríticos presenta importantes ventajas
desde el punto de vista tecnológico, ya que evita el empleo de disolventes orgánicos tóxicos
para la salud de los consumidores y para el medio ambiente, y permite la extracción de
componentes susceptibles de oxidaciones.
El objetivo principal planteado en esta tarea fue desarrollar procesos basados en la
aplicación de CO2 a presión para la obtención de ingredientes alimentarios de alto valor
añadido mediante el seguimiento de la influencia de las variables principales del proceso
195 sobre el rendimiento y la calidad de los productos modelo antes y después del tratamiento,
así como los posibles efectos sinérgicos entre estas variables y las características propias de
cada matriz. En relación con la consecución del objetivo principal descrito se plantearon
los siguientes objetivos científico-tecnológicos:
•
Valoración de la influencia de presencia de distintos niveles de sustancias
mayoritarias en cuanto al comportamiento de la extracción con CO2 supercrítico.
•
Definición de metodologías detalladas de obtención de extractos optimizadas
teniendo en cuenta los perfiles globales de las materias primas y extractos.
•
Evaluación y comparación de los productos obtenidos por extracción supercrítica
frente a los obtenidos por técnicas convencionales.
Estos objetivos se abordaron con la colaboración de AINIA.
Resumen ejecutivo: En esta tarea se identificaron procesos diferenciados para dos tipos
de materias primas, siendo uno de ellos especialmente interesante por las características y
propiedades de los extractos conseguidos.
El objetivo de desarrollar protocolos optimizados escalables a la industria en la extracción
de componentes nutricionales de alto valor añadido se sustentó en una serie de hitos:
•
Una revisión bibliográfica en cuanto a los aspectos relacionados con las materias
primas seleccionadas, la tecnología de extracción supercrítica y los métodos de
evaluación de los resultados respecto al proceso y las características de las muestras
obtenidas. Esta revisión confirmó la novedad de las investigaciones planteadas.
•
Selección de dos materias primas de alto interés estratégico para la empresa y
estudio de sus potencialidades en la extracción con fluidos supercríticos. Una de las
especies fue Eucaliptus globulus y la otra una brassicacea rica en componentes con
reconocidas propiedades preventivas del cáncer.
•
Realización de múltiples baterías de extracción para localizar los parámetros críticos
de extracción y optimizar los valores a emplear en los procesos extractivos.
•
Análisis de la riqueza de los diferentes extractos obtenidos, así como de su
rendimiento y posibilidades de escalado a nivel industrial. Comparación con
procesos convencionales de extracción y concentrado.
•
Estudio “in vitro” de las propiedades preventivas y nutricionales de los extractos
obtenidos, así como estudios de toxicidad para garantizar la aplicación de los
productos obtenidos en la cadena alimentaria.
Los resultados obtenidos permitieron establecer una serie de parámetros para lograr la
optimización del proceso a escala industrial así como contrastar su reproducibilidad. Se
obtuvieron componentes diferentes a los que se obtienen mediante procesos
convencionales.
196 Como resultado final del proyecto, se definió un proceso integrado en el que se incluye la
etapa de extracción supercrítica (ESC). El proceso final parte de la materia prima fresca, la
cual se estabiliza mediante un proceso de secado y para propiciar los mejores resultados en
cuanto a la obtención de las fracciones bioactivas de interés, se somete a molienda y
cribado como pretratamientos físicos. Los pretratamientos se complementan con un
proceso químico tras el cual se aplica la extracción supercrítica. Mediante la ESC en las
condiciones seleccionadas y según procedimientos avanzados, se obtienen las fracciones
bioactivas empleando condiciones adecuadas de separación y la materia prima extraída, que
debe ser gestionada adecuadamente. De este modo, los extractos obtenidos presentan una
elevada bioactividad in vitro en cuanto a apoptosis, parámetro empleado para medir la
actividad preventiva frente al cáncer.
Las conclusiones obtenidas son:
–
–
La aplicación de la tecnología a nivel industrial es sólo recomendable en el caso
de la brassicacea, no así en el eucalipto, el cual desde el punto de vista
económico es mucho más rentable su extracción por métodos convencionales.
La tecnología ESC es altamente recomendable en productos con especial
sensibilidad a la oxidación y a las alteraciones enzimáticas.
Resultados: A continuación se resumen los resultados más relevantes obtenidos:
•
Identificación y selección de materias primas para el estudio de la influencia de sus
características de partida en los procesos de extracción supercrítica
En esta subtarea se realizó la identificación y selección de las materias primas
considerando la actualización del estado de la tecnología y las propias líneas de
actividad futura. En este sentido se realizó una revisión bibliográfica para actualizar el
estado de la tecnología de extracción supercrítica en general en cuanto a la obtención
de micronutrientes y la información disponible relativa a ciertas materias primas.
Aunque son numerosos los estudios que se centran en algún compuesto en particular
que podría clasificarse dentro de la calificación de micronutrientes (por ejemplo,
tocoferoles, tococromanioles, fitoesteroles, etc.), son mucho más escasos los que hacen
mención expresa a este término (Bachalandran et al, 2008; Demirbas, 2010).
La primera de las materias primas seleccionadas fue Eucaliptus globulus, especie vegetal
con propiedades conocidas y que por sus características, puede emplearse como
material modelo para poder extrapolar las conclusiones de proceso derivadas de la
investigación a otros tipos de matrices similares. Concretamente, sus hojas contienen
un aceite esencial de característico olor balsámico que es un poderoso desinfectante
natural y que también se emplea en aromaterapia. Se encontraron referencias de la
solubilidad de algunos de los componentes en medio supercrítico, así como de
variaciones en las características de las materias primas en función de factores
climáticos u de otra índole, pero no se identificaron trabajos que estudien el efecto del
conjunto de las variables de proceso y las relaciones entre macro y micronutrientes para
maximizar la extracción de estos últimos.
197 En cuanto a la segunda materia prima seleccionada, se trata de una especie concreta de
un género dentro de la familia de las Brassicaceae y a la especie seleccionada se le
atribuyen bioactividades positivas sobre diversas áreas de la salud, destacando por su
potencial interés su acción citotóxica, lo cual le confiere actividad preventiva frente al
cáncer así como protectora frente a agentes carcinógenos. La revisión bibliográfica ha
corroborado la escasa y reciente información publicada acerca de procesos de
extracción supercrítica realizados empleando este género de plantas como materia
prima (Borissova et al., 2010, Mohn et al., 2007). Por tanto, las investigaciones
planteadas en el presente proyecto constituyen una clara novedad respecto al estado de
la tecnología de extracción con fluidos supercríticos.
•
Desarrollo de metodologías de trabajo para la evaluación de resultados de
extracción supercrítica: obtención de extractos supercríticos y caracterización de
muestras
Para conseguir resultados evaluables a lo largo del proyecto se definieron
procedimientos, protocolos y metodologías para la obtención de extractos supercríticos
y para la caracterización de las muestras obtenidas. En cuanto a la extracción
supercrítica, se desarrolló un protocolo con dióxido de carbono en semicontinuo con
recirculación en función de los ensayos realizados en las instalaciones propias así como
en AINIA. En cada caso, las metodologías se adaptaron en función de las
características particulares del equipo a emplear (tamaño y geometría de las cámaras de
extracción, especificaciones de los separadores, etc.). En cuanto a condiciones
operativas, se consideraron presiones de hasta 330 bar y temperaturas de hasta 70 ºC y
a lo largo del proyecto, se orientaron estos procedimientos hacia la optimización del
proceso de extracción para maximizar la recuperación de las fracciones de mayor
interés, teniendo en cuenta los resultados obtenidos y los efectos sinérgicos entre
macro y microcomponentes.
En cuanto a la evaluación de las muestras se definieron métodos analíticos para la
evaluación de las características de las materias primas y las fracciones experimentales.
Para ello, se analizaron inicialmente los parámetros e indicadores necesarios para la
discusión e interpretación de resultados. Especialmente, se revisó la tipología de
métodos empleados por los autores que realizaron investigaciones con plantas de las
mismas familias y/o estudios con objetivos parcialmente similares a los planteados en el
presente proyecto. En muchos casos, los estudios emplean técnicas cromatográficas,
como HPLC (El-Ghorab AH. et al, 2003,) pero especialmente, GC-MS (Marongui et al,
2005; Rozzi et al, 2002; Da Cruz Francisco, et al., 2002, etc.) combinadas con otras de
tipo físico-químico o según el tipo de aplicación que se persiga, con métodos de
detección de bioactividad (por ejemplo, Padma et al, 2007).
De este modo, conforme a los parámetros seleccionados, se evaluó la granulometría,
humedad, contenido en principios activos, etc. Además, junto a la aplicación de
métodos previamente establecidos, se optó por el desarrollo de métodos
cromatográficos, especialmente dentro del tipo de cromatografía de gases (GC-MS) a
tenor de la experiencia previa, las informaciones bibliográficas relacionadas con las
materias primas seleccionadas y los primeros resultados experimentales.
198 •
Estudio a escala laboratorio de los efectos individuales y combinados de las
principales variables de proceso de la extracción supercrítica
Se planificaron y realizaron pruebas experimentales en las instalaciones de Soria Natural
y AINIA.
En cuanto al eucalipto, se obtuvieron conclusiones sobre las variables intensivas,
presión y temperatura, así como otras como el flujo, el tiempo o los ratios. Los datos
señalaron un claro efecto de la presión sobre el rendimiento de extracción,
favoreciéndose a presiones más elevadas en concordancia con los datos de solubilidad
de parte de los componentes mayoritarios de los aceites esenciales presentes (Da Cruz
Francisco y Sivik, 2002) pero no se correspondería con el comportamiento observado
para otras variedades estudiadas por los mismos autores que indicarían un máximo de
la solubilidad del pseudocomponente global en la banda de 110-180 bar,
probablemente por la influencia de los microcomponentes. En cuanto a la temperatura,
se observó una disminución del rendimiento al aumentar la temperatura al aplicarse
presiones bajas, pero resultados similares a presiones más elevadas. Estos resultados
indicarían la existencia de un punto o zona de cruce, como se ha descrito en otras
extracciones supercríticas (Bhupesh et al, 2006; Gokhan et al., 2005; Shamsupur et al,
2002; etc.). Además, se valoró de forma cualitativa la composición/textura de los
extractos obtenidos, así como la incorporación de operaciones básicas adicionales para
su manipulación. La comparativa con métodos convencionales de extracción, inclinó la
eficacia de éstos desde el punto de vista económico, ya que se obtenían extractos de
características muy similares o incluso mejores con tecnologías convencionales con un
menor coste de explotación.
En el caso de la segunda materia prima, se realizaron pruebas según un diseño
experimental que tomó como variables principales la granulometría de la muestra, la
presión de extracción, la temperatura de extracción, el flujo de CO2 y la masa de CO2
circulada, considerando tres niveles de presión, dos niveles de temperatura, dos flujos
distintos y dos tamaños de partícula. Los resultados señalaron una clara influencia de la
presión de extracción en el rendimiento, obteniéndose las cinéticas más favorables a
presiones más elevadas y un efecto de la temperatura menos marcado y aparentemente
dependiente de la presión (a bajas presiones el aumento de la temperatura hizo crecer el
rendimiento y a altas presiones, los rendimientos se aproximaron y/o invirtieron).
•
Estudio a escala de laboratorio de los efectos sinérgicos de la presencia de
componentes objetivo sobre la extracción supercrítica
La revisión bibliográfica efectuada señaló la novedad tecnológica del estudio de los
efectos sinérgicos entre macro y micronutrientes, habiéndose encontrado una única
referencia muy reciente en la que se aborde específicamente la discusión de la
composición mayoritaria y los micronutrientes en un residuo derivado del procesado de
arroz (Bachalandran et al, 2008; Demirbas, 2010).
Se estudiaron los efectos sinérgicos de la presencia de componentes objetivo sobre la
extracción supercrítica. Las pruebas se realizaron considerando el tamaño de partícula
de las materias primas, dado su potencial impacto en el perfil químico de los extractos
199 al afectar a la estructura de las materias primas y la accesibilidad a los macro y
micronutrientes presentes en dichas matrices. Para ello, se procedió a realizar un
pretratamiento de molturación y posterior tamizado, obteniéndose distintas fracciones
de materia prima por tamaños.
Se consideraron tres fracciones de tamaños con la primera de las materias primas
seleccionadas y se constató una clara influencia del tamaño de partícula sobre el
rendimiento de extracción global, dando lugar a diferencias notables. Además, estas
investigaciones llevaron a detectar la interferencia de la presencia de sustancias
mayoritarias en la recuperación de las sustancias menos abundantes, estableciéndose
una influencia negativa clara de la presencia de una de las familias de sustancias
mayoritarias en la recuperación de las sustancias minoritarias objetivo. Por la naturaleza
de estas sustancias y las características de los procesos de extracción supercrítica, se
decidió concentrar los esfuerzos en la segunda especie vegetal.
En cuanto a esta brassicacea, la molturación de la materia prima no condujo a resultados
muy claros en los primeros ensayos y dada la bioactividad que presentaron algunos de
los extractos y las cantidades que representan respecto a la materia prima inicial, se
prestó especial atención al estudio de las estrategias para minimizar los efectos
negativos de la presencia de algunas sustancias y optimizar las ventajas que la presencia
de algunos macrocomponentes junto a los microcomponentes objetivo puede
conllevar. En este sentido, se procedió a la incorporación y puesta a punto de un
elemento adicional auxiliar así como un pretratamiento físico-químico para facilitar la
separación de las fracciones mayoritarias y minoritarias y así favorecer el
enriquecimiento en sustancias activas minoritarias. De este modo, se ha identificado
una mejora en los rendimientos de extracción conseguidos en cuanto a los
micronutrientes objetivo y una bioactividad de los extractos acorde al interés
perseguido.
Se han obtenido resultados muy interesantes en cuanto a la optimización del
procedimiento de pretratamiento a niveles físico, químico y enzimático, reduciendo las
proporciones de materia prima inicial necesarios para conseguir resultados similares y la
intensificación del proceso de extracción supercrítica, maximizándose la recuperación
de la fracción de compuestos minoritarios bioactivos.
La caracterización química ha llevado a determinar las concentraciones de un conjunto
de compuestos minoritarios testigos y la caracterización “in vitro”, la respuesta en
cuanto a apoptosis, consiguiéndose niveles de inhibición muy elevados. Los resultados
han mostrado correspondencia entre ambos parámetros, validándose la hipótesis inicial
de conseguir extractos con una bioactividad específica en función del contenido en
compuestos minoritarios clave.
•
Identificación del proceso más idóneo para recuperación de sustancias de interés de
matrices complejas mediante extracción supercrítica: validación del proceso
Se analizaron las informaciones anteriores desde una óptica más amplia y considerando
las posteriores necesidades de validación y/o cambio de escala del proceso. De este
modo, se evaluó el conjunto de variables consustanciales a cualquier proceso
200 productivo y que condicionan su posterior viabilidad técnico-económica, así como
factores más ligados a la implementación del proceso a una escala superior.
Para la definición del proceso se tuvieron en consideración los siguientes aspectos:
tiempo de preparación de la materia prima, modo de carga de la materia prima, tiempo
de presurización, tiempo de despresurización, metodología de post-acondicionamiento
de la instalación entre pruebas, etc. Asimismo, se revisaron los factores operativos
susceptibles de actuación para la mejora de fenómenos de transferencia energética en
cuanto a intercambio de calor.
Bajo estas premisas, se definió un proceso de referencia, aplicable a una instalación
distinta o de mayor escala que la empleada para el desarrollo, que incluía distintas
etapas de tratamiento entre las que se incluía la extracción supercrítica (ESC). El
proceso parte de la materia prima fresca, la cual se estabilizó mediante un proceso de
secado y para propiciar los mejores resultados en cuanto a la obtención de las
fracciones bioactivas de interés, se sometió a molienda y cribado como pretratamientos
físicos. Los pretratamientos se complementaron con un proceso químico tras el cual se
aplicó la extracción supercrítica previa preparación de la cesta de extracción con la
materia prima. Mediante la ESC en las condiciones seleccionadas y de acuerdo a
procedimientos avanzados, se obtuvieron las fracciones bioactivas objetivo.
Conclusiones: Las investigaciones experimentales realizadas en cuanto al efecto de las
variables principales del proceso en la obtención de extractos confirman una notable
influencia tanto de la presión como del tamaño de partícula, así como la posible aparición
de una zona o punto de cruce en cuanto al efecto de la temperatura.
Se ha observado que la ESC es muy ventajosa en la brassicaea, no así en el eucalipto, ya que
debido a las interferencias de macrocomponentes arrastrados en la extracción y al coste
económico de trabajar con dicha técnica, hacen más rentable un sistema de extracción
convencional.
En el caso de la brasicácea, el estudio del proceso de extracción y de la interacción macromicrocomponente en la segunda materia prima seleccionada ha llevado a constatar la
factibilidad de obtener extractos muy atractivos por sus propiedades bioactivas controlando
adecuadamente la preparación de la materia prima y las condiciones de operación en las
distintas etapas de proceso. La caracterización de las fracciones experimentales ha
permitido relacionar su comportamiento funcional frente apoptosis celular con la
concentración en componentes minoritarios testigo presente en los extractos.
Ha quedado patente la importancia de los pretratamientos de la materia prima, que se
complementan con un proceso químico tras el cual se aplica la extracción supercrítica
previa preparación de la cesta de extracción con la materia prima. Mediante la ESC en las
condiciones seleccionadas y de acuerdo a procedimientos avanzados, se obtienen las
fracciones bioactivas empleando condiciones adecuadas de separación.
Por último, como consecuencia de las actividades realizadas, se han identificado nuevas
posibilidades de mejora para aprovechar al máximo las posibilidades y ventajas de la
tecnología de fluidos supercríticos, que podrán ser la base de nuevos desarrollos.
201 6. CONCLUSIONES GENERALES
El éxito que ha representado la ejecución de un proyecto del volumen, ambición científica,
innovación y repercusión económica en la competitividad de las empresas del sector
alimentario no habría sido posible sin la aprobación del proyecto CENIT Futural. A pesar
de las dificultades económicas sobrevenidas de forma generalizada durante su ejecución, las
empresas han demostrado un firme compromiso con los objetivos de los proyectos que
lideraban y han continuado la ejecución de cada tarea con motivación y entusiasmo.
Las preferencias del consumidor han evolucionado hacia un aumento de la demanda de
alimentos más cómodos. La mayoría de los consumidores destinan poco tiempo a cocinar,
y demandan simplicidad y rapidez en la preparación de los alimentos. El desarrollo de
productos listos para su consumo responde a esta demanda. Éstos, además de prácticos,
deben mantener sus características sensoriales y nutricionales. Teniendo en cuenta estos
factores, la industria agroalimentaria se enfrenta al reto de poner a disposición de los
consumidores alimentos con una vida útil larga y con facilidad de uso, y en los que estén
limitados los procesos de degradación.
Este hecho ha motivado el creciente interés por la aplicación de nuevas tecnologías de
tratamiento para preparar productos listos para el consumo. Entre las nuevas tecnologías
aplicadas, el procesado por alta presión (AP) ha recibido gran atención por parte de muchas
empresas agroalimentarias, de ahí que 3 de las 6 actividades se hayan focalizado en estudiar
la posibilidad de aplicar esta tecnología.
La alta presión permite la inactivación a temperatura ambiente de microorganismos y
enzimas, alterando mínimamente las características sensoriales, nutricionales y funcionales
de los productos alimenticios en comparación con las tecnologías convencionales. Las
esporas bacterianas son muy resistentes a la alta presión que se aplica actualmente en
condiciones industriales. La germinación y crecimiento de esporas puede causar deterioro
de los alimentos (por ejemplo, Bacillus y Clostridium sp.) toxiinfección (por ejemplo,
Clostridium perfringens, Bacillus cereus) o incluso la formación de neurotoxina (por ejemplo,
Clostridium botulinum) que puede causar intoxicaciones graves. Para superar este problema, se
planteó la combinación de la alta presión con otras tecnologías de proceso. A este respecto
el procesado de alta presión en combinación con temperatura ha demostrado, en diferentes
estudios, ser la alternativa más eficaz para inactivar las endosporas bacterianas. Los
resultados de los estudios realizados por las empresas participantes (Conservas Cuca, S.A y
Grupo Riberebro) en la Actividad 1 en colaboración con el CNTA y ANFACOCECOPESCA han evidenciado el potencial de la alta presión, sola o en combinación con
calor, para productos de la pesca y el marisqueo y para productos vegetales. En el caso de la
pasteurización por alta presión de productos del mar, no se ha conseguido, en los
productos estudiados (atún y berberechos), un valor añadido con la aplicación de esta
tecnología, comparándola con la pasteurización térmica en autoclave. Por el contrario, en el
caso de la esterilización fruto de la combinación de alta presión y calor en productos
vegetales, sí que se consigue mejorar significativamente la calidad de los productos
obtenidos. Se abre por tanto una importante vía de desarrollo de nuevos productos
utilizando esta tecnología. Sin embargo, para su implantación industrial, todavía es
necesario cubrir dos vacíos importantes, que serán objeto de futuros estudios y desarrollos:
202 • La falta de conocimiento sobre los mecanismos de inactivación de las esporas
baroresistentes, lo que es un importante obstáculo para el desarrollo de modelos de
predicción y herramientas de toma de decisiones, necesarios para que la industria de
alimentos aplique los tratamientos adecuados.
• La falta de disponibilidad de equipos industriales adecuados. Hasta el momento, sólo
existen equipos industriales con volúmenes de hasta 50 L, 700 MPa de presión
máxima de trabajo y temperaturas iniciales de hasta 95 ° C. Los resultados de la
Actividad 1 permitirán avanzar y dar un empuje para la resolución de estos vacíos.
La Actividad 2 constituye en sí misma un buen ejemplo de proyecto colaborativo, que va
más allá de la colaboración dentro del sector alimentario, ya que además llega a acercarse al
concepto de “cluster”, al incluir la participación de empresas elaboradoras de alimentos,
algunas de ellas con producción propia de materias primas, industrias de producción de
equipos líderes mundiales en su campo y pioneras de nuevas tecnologías (NCHyperbaric,
Metalquimia), una industria de creación y producción de materiales y sistemas de envasado
(Sealed Air), organismos públicos y privados de generación y transferencia de conocimiento
(centros de investigación, centros tecnológicos, universidades) y una Fundació al servicio
de la promoción de una gran industria del país con proyección internacional: la
gastronomía. La contribución de la Fundació Alícia ha sido de elevada importancia para
conseguir que las nuevas tecnologías aporten aspectos sociales de soporte a grupos con
enfermedades o discapacidades físicas, que como consumidores tienen unas necesidades
alimentarias especiales. El diálogo entre empresarios, cocineros e investigadores ha
permitido aportaciones mutuas en materia de seguridad alimentaria, calidad sensorial,
tecnología de los procesos culinarios y de los industriales, procesado mínimo, sistemas de
envasado y utilización inteligente de las nuevas tecnologías alimentarias.
En esta Actividad han participado dos empresas líderes mundiales en dos nuevas
tecnologías alimentarias, hecho que demuestra que los criterios de estas empresas se dirigen
hacia una innovación radical orientada a mercado, hacia el establecimiento de alianzas con
empresarios innovadores y con generadores de conocimiento, para colaborar en la
búsqueda de soluciones para mejorar la competitividad de todos los socios en el entorno de
proyectos colaborativos.
Las empresas elaboradoras se han preparado para el reto de la exportación de productos
de alto valor añadido y alta calidad sensorial. La alta presión ha de representar una ventaja
muy importante para acceder a nuevos mercados, exigentes en calidad y en seguridad
alimentaria. Por ejemplo, la exportación de jamón curado español a Estados Unidos o de
embutidos crudos curados está empezando a ser una realidad con notable impacto
económico gracias al concepto de “pasteurización en frio” por alta presión, el único
proceso tecnológico de higienización post-envasado disponible en la actualidad que es
aceptado por el consumidor.
La Actividad pionera de las empresas cárnicas españolas en este ámbito se traducirá en una
iniciativa privada que, con el asesoramiento científico de IRTA-CENTA, se ha establecido
en la Zona Franca de Barcelona, para proveer servicios de procesado por alta presión a
partir de mediados de 2012 a todas aquellas empresas que precisen usar esta tecnología.
Estas actividades de servicios a terceros han sido las que han impulsado la aplicación de la
203 alta presión en alimentos en Estados Unidos, abaratando los costes de acceso a esta
tecnología y poniéndola también al alcance de las PYMES alimentarias.
En una situación en que la seguridad alimentaria será cada vez más un factor de
competitividad empresarial, en que el consumidor aprecia el “clean label” y el sabor fresco
(“fresh-like”), las altas presiones ocupan un lugar importante, y nuestras industrias están
ahora más preparadas para obtener beneficios empresariales fruto de una actitud
innovadora que se materializó en su decisión de participar en este proyecto hace cuatro
años.
La Actividad 3 dedicada a la “pasteurización de alimentos líquidos por alta presión, o en
combinación con la alta presión”, se ha centrado en el estudio de las nuevas posibilidades
que las tecnologías emergentes de procesado brindan para el desarrollo de nuevos
productos alimentarios y en la mejora de la seguridad alimentaria, que otras tecnologías no
pueden dar sin comprometer la calidad sensorial y nutricional de los alimentos.
El alimento base de la mayor parte de los trabajos realizados por las diferentes empresas y
centros de investigación ha sido la leche (y derivados lácteos), aunque también se han
estudiado diferentes alimentos líquidos de origen vegetal, como los triturados de tomate o
zumos y leches de diferentes orígenes. Tres empresas del consorcio (Danone, Laboratorios
Ordesa y Tecnolat), han realizado estudios en diferentes matrices lácteas (leche, leches
fermentadas, fórmulas infantiles líquidas y en polvo). En general, los resultados de los
trabajos han sido positivos y la tecnología de las altas presiones permite higienizar los
alimentos estudiados con una mínima afectación de sus características sensoriales y
nutricionales. Sin embargo, en el ámbito de la leche y productos lácteos, las aplicaciones
son difíciles de ejecutar por los costes de la tecnología, y si se realiza una valoración
coste/ventajas aportadas, entonces es difícil visibilizar su aplicación industrial.
En el ámbito de los zumos, leches y preparados tipo gazpacho en base a vegetales, la
aplicación de las altas presiones es muy prometedora, y fácilmente aplicable al sistema
industrial. Estos trabajos se han realizado principalmente a cargo de la Fundació Alícia. Así
en los próximos años, no se tardará en encontrar muchos ejemplos de productos
presurizados, especialmente si se popularizan los equipos de altas presiones compartidos o
en los que se pueda alquilar una parte de la producción, como ocurrirá próximamente en la
Zona Franca de Barcelona.
La colaboración entre empresas y centros de investigación (CSIC, IRTA, CENTA, AZTI),
ha permitido estudiar en profundidad determinados ámbitos que no pueden ser tratados
por separado por parte de las empresas o por parte de los centros de investigación, por la
dedicación y los recursos necesarios para su desarrollo. El proyecto no sólo ha facilitado la
relación personal y profesional entre diferentes empresas del sector que en muchos casos
compiten con los mismos productos en el mercado, sino que también ha permitido el
trabajo conjunto entre centros de investigación y tecnológicos que normalmente tienen
ámbitos separados y por tanto con una colaboración muy limitada.
En la Actividad 4 las empresas participantes han podido comprobar y validar la aplicación
de las altas frecuencias (microondas y radiofrecuencias). El uso de las microondas como
mecanismo de calentamiento y/o cocción es habitual a nivel doméstico, pero el uso
204 industrial de dicha tecnología es aún escaso. La actividad ha reunido a varias empresas del
sector agroalimentario: tres empresas productoras de platos precocinados (Noel
Alimentaria, SAU), una de congelados (Ultracongelados Virto, S.A), una de producto
esterilizado (Conservas Hijos de Manuel Sánchez Basarte, S.A), una industria de creación y
producción de materiales y sistemas de envasado (Sealed Air Packaging. S.L), una Fundació
al servicio de la gastronomía (Fundació Alícia), y una empresa del sector lácteo (Danone,
S.A.).
En esta actividad se ha evaluado la aplicación de las altas frecuencias como alternativa a
procesos convencionales, como por ejemplo el escaldado o la pasteurización. Un prototipo
ha sido particularmente valorado y patentado por la Fundació Alícia. En este caso
concreto se ha reemplazado la combinación potencia vs tiempo de proceso, por
temperatura vs tiempo de proceso. Este hecho aporta otro concepto en los hornos
microondas abriéndose nuevas perspectivas. Finalmente la participación de un productor
de materiales de envases ha permitido validar nuevos materiales con varios alimentos
modelo.
La aprobación de este Cenit-Futural ha permitido desarrollar una actividad científica
intensa con una visión aplicada que permite orientar objetivamente las empresas a las
nuevas tecnologías. Todas las empresas han mantenido su compromiso de cumplir con los
objetivos establecidos en el proyecto. Se han realizado intercambios constantes con las
OPIs involucradas (IRTA y CNTA en esta actividad) acercando aún más la ciencia y la
empresa con el fin de fomentar la innovación en este sector industrial.
La alta frecuencia supone una ruptura dentro de los procesos industriales térmicos que
permite mejorar la sostenibilidad y productividad sin olvidar una mejora, en algunas
aplicaciones, de las propiedades sensoriales y nutricionales de los productos tratados.
La Actividad 5 es un ejemplo de proyecto colaborativo horizontal, involucrando a toda la
cadena de producción en la formación del envase activo. La colaboración va desde la
empresa que aporta los agentes o principios activos pasando por el fabricante y
transformador del envase hasta su utilización por parte de las empresas cárnicas. La
empresa, Grupo Mahou-San Miguel, aporta un subproducto de origen natural para
revalorizarlo e incorporarlo en el film y posteriormente en el envase activo. Nanobiomaters
transforma el subproducto de origen natural del Grupo Mahou-San Miguel en nanoarcilla
activa para envasado, con lo cual se consiguen dos principios activos para el material de
envase. El grupo AMCOR, industria dedicada a la creación de sistemas de envasado, ha
trabajado incorporando ambos principios activos primero en el film y después en el envase
final con el objetivo de aumentar el tiempo de vida útil del alimento en el mercado. ULMA
Packaging ha trabajado en el desarrollo de una máquina higiénica para la formación del
envase activo y en la transformación del envase hasta que llega al consumidor con el
alimento seleccionado. Ha sido importante la contribución del Grupo EROSKI y COVAP
tanto en el análisis del producto inicial, como en el envasado y análisis final del alimento
para estimar la mejora en el tiempo de vida del producto con los nuevos sistemas de envase
activo desarrollados. Finalmente, todo el trabajo se ha podido realizar gracias a la
colaboración con organismos públicos y privados y a la transferencia de conocimiento de
centros de investigación, centros tecnológicos y universidades.
205 El CENIT Futural permitió abordar un tema innovador y con gran repercusión económica
en la competitividad de empresas, tanto por el aprovechamiento de un subproducto de
origen natural como por el aumento de vida útil de productos alimenticios en el mercado.
Los cambios en el modo en que los alimentos se producen, distribuyen y almacenan
reflejan la demanda creciente de una mejora de la calidad y de una ampliación de la
duración para alimentos envasados. Los consumidores quieren garantías de que el envase
realice su función de proteger la integridad, la calidad, la frescura y la seguridad de los
alimentos. Para proporcionar estas garantías se han desarrollado sistemas de envasado
activo.
Según el Reglamento 1935/2004, los nuevos tipos de materiales y objetos diseñados para
mantener o mejorar activamente las condiciones de los alimentos (materiales y objetos
activos en contacto con alimentos) no son inertes por su diseño, al contrario que los
materiales y objetos tradicionales destinados a entrar en contacto con alimentos. Los
materiales y objetos activos en contacto con alimentos están diseñados para incorporar
deliberadamente componentes activos destinados a pasar a los alimentos o a absorber
sustancias de los mismos. Los materiales y objetos activos en contacto con alimentos
pueden modificar la composición o las propiedades organolépticas de los alimentos, pero
únicamente si estas modificaciones cumplen las disposiciones comunitarias aplicables a los
alimentos, tales como la Directiva 89/107/CEE.
En un ambiente en que la seguridad alimentaria será cada vez más un factor de
competitividad empresarial, en que el consumidor aprecia la disminución y/o eliminación
de conservantes, el envase activo ocupa un lugar importante y nuestras industrias están
ahora más preparadas para obtener beneficios empresariales.
En la Actividad 6, las tareas realizadas por Biosearchlife, S.L y Soria Natural, S.A
respectivamente en colaboración con AINIA han mostrado la viabilidad de la tecnología de
fluidos supercríticos para las aplicaciones estudiadas:
•
Esterilización de matrices alimentarias. A la par se ha verificado la posibilidad de
coextracción simultánea de sustancias de interés. Dada la importante influencia de
la materia prima, cada tipología de matriz a tratar requeriría de unas condiciones de
proceso particulares, por lo que precisaría de un desarrollo en detalle para concretar
sus posibilidades y condiciones.
•
Obtención de extractos con potencial bioactivo de interés. Además se ha verificado
como determinados micronutrientes son clave en la bioactividad de los extractos, y
por tanto, como procesos orientados a maximizar su presencia, reduciendo las
interferencias de otros macrocompuestos, pueden derivar en la obtención de
extractos con un mayor potencial.
A la vista de las viabilidades indicadas, las posibilidades de mejora abiertas en cada una de
estas aplicaciones son amplias, siendo necesario profundizar de manera particular para cada
tipología de proceso, y resultando de interés el estudio de aspectos como el
aprovechamiento energético o la incorporación de etapas convencionales sinérgicas con la
extracción supercrítica.
206 A nivel general, la relación con el resto de las actividades del proyecto en las asambleas y
reuniones del comité científico ha llevado a identificar potenciales sinergias a pesar de la
aparente distancia temática de esta Actividad 6 con otras más conectadas entre sí. De este
modo, a lo largo del proyecto se han identificado aspectos relacionados con procesos
extractivos en el contexto de la Actividad 5 sobre los cuales tanto las empresas
participantes como el centro tecnológico han ofrecido su experiencia y capacidades para la
propuesta de soluciones técnicas.
Asimismo, la posibilidad de compartir experiencias y resultados con el resto de las
actividades integradas en el proyecto durante las asambleas se ha valorado muy
positivamente. Estos encuentros han favorecido los aspectos relacionales tanto entre
empresas como entre centros, afianzando lazos previos y propiciando la generación de
nuevas oportunidades.
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