Métodos Físicos dePreservación de Alimentos

Esther Z. Vega Bermúdez, Ph.D.Microbiología Aplicada

Algo de historia de laconservación de alimentos….

Nicolas AppertBryan Donkin

Gail Borden

Otros adelantos en laPreservación de Alimentos• Mezcla de hielo-sal: H.

Benjamin; 1842• Pescado congelado: E.

Piper; 1861• Congelamiento rápido:

Clarence Birdseye, 1829• Leche en polvo:

Inglaterra, 1855• Leche pausterizada:

Alemania, 1880• Frutas y vegetales secos:

1886• Radiación: F. Ludwig y H.

Hopf; 1925

Bactericida vs. Bacteriostático

RefrigeraciónCongelación

DeshidrataciónAdición de sustancias

químicas

EbulliciónEsterilización

PasteurizaciónUperizacion

EnlatadoAhumado

Adición de sustanciasquímicas

Irradiación

BacteriostáticosBactericidas

Deshidratación

• La disponibilidad del agua y no lacantidad determina la inhibición.– Agua enlazada– Agua no enlazada

Aw

• Medida del agua disponible– Razón de la presión de vapor en un

alimento a la presión de vapor del aguapura a la misma temperatura

Aw= P/Po

Contenido de humedad a aw

0.7 (20oC)

18-25Frutas secas

13-21Sopas deshidratadas

12-22Vegetales deshidratados

12-15Semillas de arroz ylegumbres

10-15Carne seca sin grasa

10-15Leche baja en grasa enpolvo

10-11Huevo en polvo

7-10Polvo de chocolate

7-10Leche en polvo

4-9Granos

Tabla 24.1

Deshidratación

• Tratamientos para secar alimentos– Secado al sol– Evaporador– Ahumar– Secado mediante congelación (“freeze drying”)– Secado al vacío

Aw de varios alimentos

0.20-0.60Pasta, especies, leche en polvo

0.60-0.65Frutas secas

0.65-0.75Dulces

0.75-0.80Mermeladas

0.80-0.87Habichuelas, arroz

0.87-0.91Salchichas, siropes

0.91-0.95Carnes curadas, queso

0.95-0.98Carne cocida, pan

>0.98Frutas, vegetales, carne,pecado (fresco)

Relación entre aw, crecimiento yestabilidad

Relación temperatura yhumedad• Tanto la temperatura de secado como la

disminución en aw afecta los organismos.• Calor seco es menos efectivo que húmedo.• La temperatura y la distribución de humedad

dentro del alimento determina la letalidad.• La mayor razón de muerte se alcanza bajo

temp altas y condiciones bajas de humedad.

Liofilización

Efecto de deshidratación

Aumento en la fase lag, disminución fase log, disminución células faseestacionaria

Enfriamiento

• Temperaturas de 16 a -2oC• Reacciones metabólicas

– Disminución con disminución en T• Temperaturas de refrigeración menores

que mínimos de crecimiento• Psicrofílicos• Psicotrofos

– Mas cantidad de ácidos grasos insaturados

Duración de alimentos porenfriamiento

7-5090-300Papas

1-73-20Vegetales

1-202-180Frutas

15-16Pollo

12-7Pescado

16-10Carne

22oC (días)0oC (días)

Tabla 24.4

Almacenaje en átmosferacontrolada• Combinación de

temperatura, pH, aw,y [O2]

• Reducción en O2 (2-5%), aumento CO2(8-10%)

• Disminuye procesosde respiración

Empaque de atmósferamodificada

• MAP – Modified Atmosphere Packaging• Productos empacados al vacio• O2 vs CO2

• Algunos patógenos pueden crecer enausencia de O2

Equipo MAP

CO2 y los microorganismos

• Actividad de inhibición aumenta al disminuirtemperatura de almacenaje

• Optimo: 20-30%• Inhibición aumenta al disminuir el pH• Gram negativo más sensitivo que Gram

Positivo• Fase Lag y Log son inhibidas• Más efectivo bajo presión

Congelación

• Disminuye la temperatura delalimento a -18oC o menos

• Produce choque osmótico enlos microorganismos

• Cristales intercelulares causandaño mecánico

• Cambios en pH y fuerza iónica• Gram positivo sobrevive mejor

que Gram negativo• Efecto de “thawing”

Ultracongelación• <-40oC, 120 min (como máximo)

• Se conservan en cámaras a -18 a -20oC.

Preservacion por calor

• Pasteurización – elimina organismospatógenos no-formadores de espora.– 63°C por 30 minutos (método de lote)– 72°C por 15 segundos (método “flash”)– 134°C por 1-2 segundos (UHT)

• Inactiva enzimas• Elimina 99 a 99.9% de los organismos

contaminantes

Esterilización por calor

• Elimina todos los microorganismos• Industrialmente: libre de patógenos y

estabilidad en lugar que esterilizaciónabsoluta– HTST-”high temperature short time

heating” ~140oC

REPFEDs

• “refrigerated processed foods ofextended durability”– Tratamiento térmico moderado +

refrigeraciónFDA requiere un segundo“hurdle”

Termobacteriología

• Calor húmedo elimina los microorganismospor:– Desnaturalización de ácidos nucléicos, proteínas y

enzimas• Calor seco: menos letal

– Elimina los microorganimos por deshidratación yoxidación

– Necesita mas tiempo y temperaturas mayores

Cinética de la mortandad de losmicrooganismos

N= Noe-kt

Curva de sobrevivencia

El valor D indica la resistencia de unmicroorganismo a una temperaturadada

Curva muerte termal

Valor z describe las cambios en letalidad con la temperatura

Factores que influyen en elvalor D y z• Diferencias entre especies, cepas,

esporas, células vegetativas• Edad de las células• Fase de crecimiento• Temperatura de crecimiento• Composición medio de cultivo• Exposición previa a agentes estresores

e.g. calorTabla 24.5 y 24.6

Resistencia termal de Salmonella

Skim Milk1.215065.5

Huevo (pH5.5)

9.514060

Huevo (pH8.0)

1.514060

Pea soup10014060

0.5% NaCl7.514060

Sucrosa9513557.2

MedioD (min)oFTemp oC

http://www.arrowscientific.com.au/DValues.html

Valor D para diferentes organismos

Table 5.21. Decimal reduction times (D-values) for various bacteria.

5.0 min121.1Bacillusstearothermophillus

12 sec121.1Clostridiumbotulinum

145 min90Clostridiumperfringens

4.1 sec71.7Staphylococcusaureus

1 sec71.7Escherichia coli

3.3 sec71.7Listeriamonocytogenes

0.98 min60Salmonella spp

1 min55Campylobacterjejuni

D-value, DTTemp, T /0COrganism

Tiempo de muerte termal (TDT o valor f)

• El tiempo a una temperatura específicaque se requiere para eliminar un #específico de células con un valorespecífico de z.

• Este tiempo se puede expresar enminutos o como un múltiplo del valorD.

• Denominador común o valor dereferencia para comparar letalidades.

Tiempo de muerte termal (TDT o valor f)

• Por ejemplo, para una reducción del 90% de la población termal,el valor F será igual al valor D. Para una reducción del 99% de lapoblación microbiana, el valor F será igual a 2D. Así pues:

Para una reducción en la población microbiana de El valor F será igual a

90 % D 99 % 2D 99.9 % 3D 99.99 % 4D 99.999% 5D

y así sucesivamente...

• En ocasiones, el valor F se escribe con unsubscrito y un superscrito que representanla temperatura y el valor z delmicroorganismo correspondiente, tal comose ilustra a continuación:

En la expresión de la izquierda, F tiene el subscrito "T" y el superscrito "z" identificando las posiciónes donde se escriben el valor de z y la temperatura del proceso.

En la expresión de la derecha, vemos que el tiempo de proceso para un microorganismo con valor z igual a 18 C, que es tratado a una temperatura de 121 C, es de 4D. Durante ese tiempo, se reducirá la población microbiana en un 99.99%.

Botulinum cook

• Proceso térmico que reduce lapoblación de las esporas de C.botulinum por un factor arbitrario de12D

99.9999999999%Las esporas de botulismo tiene un valor D de 0.20 min a 121oC, cocido botulismo sería 2.4 min.

Utilización del microonda comoagente térmico

• Alimentos expuestos a energía de 500-MHz a10-GHz

• Calor generado por las moléculas de agua• Habilidad para eliminar bacterias es debido al

calor producido• El caliente no uniforme limita su uso para la

inactivación de microorganismos

Radiación• Factores que afectan la efectividad del

tratamiento

– tipo de organismo – número de organismos– fase de crecimiento del organismo– composición del medio– nivel de oxígeno– estado físico

Radiación- UV

• Radiación ultravioleta 240-280 nm

• El mayor valor del tratamiento conradiaciones U.V. se encuentra en elsaneamiento del aire, aunquetambién pueden aplicarse paraesterilizar superficies de alimentos opara el equipo de los manipuladoresde alimentos.

Daño ácido nucléicos: producción de dímeros de timidina

Radiación Ionizante

• Alta energía y poder penetrante• Daño al DNA y producción de radicales

libres• Proteínas y actividad enzimática no es

afectada

Radiación electromagnetica de alta energía: rayos gamma de 60Co o rayos X

Radiación

TRATAMIENTO DE RADIACION EN ALIMENTOS:• radappertización - esterilización comercial -

30-40 kGy• radicidación - pasteurización - 2.5-10 kGy (

elimina Salmonella de pollo, se usa para tratarespecias)

• radurización - pasteurización leve - .75-2.5kGy ( reduce organismos que deterioranalimentos, aumenta el largo de vida de almacéndel producto, mata huevos y larvas de insectos)

kGy= kilograys

Dosis letales de radiación enorganismos

50100

Esporas bacterialesViruses

10Bacterias no formadorasde esporas

1.0Insectos

0.1Animales superiores

Dosis (kGy)Organismo

Tabla 24.8

Productosirradiados

• radura

Este símbolo ha sido establecido internacionalmente para identificar a los productos alimenticios tratados con energía ionizante.

Beneficios

• Eliminación de patógenos• Reduce uso de preservativos• Preservación para alimentos

termosensibles• Aumento en ¨shelf-life¨• Aumento en las exportaciones

Agradecimientos

Algunas de las transparenciasutilizadas fueron producidas por la Prof.Wanda Rodríguez