Universidad Complutense de Madrid Dpto. Nutrición, Bromatología y Tecnología de Alimentos

“Desarrollo de tecnologías para la prevención

y mitigación de riesgos alimentarios”

II Simposio científico internacional para la innovación

en la Industria Marina y Alimentaria

Carmen San José Serrán (serran@vet.ucm.es)

Vigo, 15-16 de septiembre de 2014

Algunos posibles riesgos

1. No biológicos

Contaminantes ambientales

Inducidos por el proceso

2. Biológicos

Organismos patógenos y sus toxinas

(incluyendo su posible resistencia antimicrobiana)

Compuestos tóxicos producidos por no patógenos

(ej. ficotoxinas, micotoxinas, aminas biógenas, etc)

Parásitos

Alergenos

La acrilamida: ejemplo de I+D para la prevención y mitigación de un compuesto tóxico formado durante el proceso

1. Identificación del riesgo: Encontrada en patatas fritas chips en 2002 a un nivel inesperadamente alto, en un estudio de rutina de las autoridades alimentarias suecas. La normativa (muy restrictiva, por ser un compuesto carcinogénico) solo preveía su presencia en alimentos por migración a partir de la poliacrilamida. Gran alarma mediática. Puesta en marcha de un gran esfuerzo de coordinación internacional entre empresas y centros de investigación públicos, para investigación y difusión de resultados.

2. Evaluación del riesgo: Determinación cuidadosa de la toxicidad del compuesto, el nivel de exposición por alimentos y otras vías, los precursores y el mecanismo de formación. Desarrollo de mejores técnicas analíticas.

3. Gestión del riesgo: Acotamiento de los alimentos relevantes como fuentes: patatas, cereales, café y alimentos infantiles. Ensayo de los recursos de mitigación eficaces y viables en cada caso, a nivel de producción de materias primas, formulación de productos y procesado mas adecuado. Elaboración de una “caja de herramientas” para guiar a la industria (versión nº14 en 2013). Difusión periódica de los resultados de ir aplicando progresivamente las recomendaciones. Elaboración de normativa “cumplible” en curso.

Acrilamida. Recomendaciones adaptadas (para PYMES y consumidores) en todos los idiomas de la UE. Ejemplo: patatas fritas tradicionales

¿Porqué desarrollar nuevas tecnologías para prevenir y mitigar riesgos microbiológicos?

1. Letal vs subletal. Porque mientras las tecnologías convencionales de procesado para la preservación de alimentos están orientadas a la esterilización, actualmente y para mejorar el valor nutritivo y las propiedades sensoriales de los productos, se tienden a usar técnicas de procesado mínimo, que o destruyen solo parte de los microorganismos, o solo pretenden detener o retrasar su crecimiento, frecuentemente combinando obstáculos para ello.

2. Distintos mecanismos de acción y daño o stress microbiano causado. Las tecnologías de higienización basadas en el calor, van siendo sustituidas por otras alternativas, que afectan de distinta manera a microorganismos y atributos de calidad.

3. Tratamientos ajustables. Porque la calidad higiénica de las materias primas es variable.

4. Más conocimiento sobre riesgos. Naturaleza, origen, exposición, etc.

¿Qué dificultades hay para poner a punto nuevas tecnologías para prevenir y mitigar riesgos microbiológicos?

1. Menos conocido el modo de acción. Se conoce bastante bien como actúa el calor por conducción o convección sobre los microorganismos, pero mucho menos la manera de actuar de las tecnologías de preservación alternativas (metodologías menos elaboradas, resultados menos predecibles).

2. La exposición subletal a condiciones desfavorables causa en los microorganismos una situación de stress (específica o no) a la que pueden llegar a adaptarse. Se estaría en ese caso “entrenando” a los microorganismos a ser mas resistentes. Se puede incluso generar resistencia cruzada a distintos tipos de stress.

3. Se necesita pues caracterizar mejor: a) el modo de acción de cada tipo de proceso y b) los tipos de stress a los que se someten los organismos presentes a lo

largo de la elaboración y almacenamiento de cada producto (por ejemplo por transcriptómica)

Disminución de la termosensibilidad de E. coli con distintos stress en carne (Shen y col. 2011)

(Poole y col. 2012)

Prevención y mitigación de riesgos por BIOFILMS

Los biofilms son la forma de vida “por defecto”, la mas frecuente entre los microorganismos. Comportan la agregación de células entre sí y la fijación a superficies mediante un gel o matriz adhesiva que ellos mismos producen. Constituyen formas de resistencia en las que se expresa un fenotipo distinto que en las células libres o planctónicas, que los protege contra condiciones adversas como la desecación o la escasez de nutrientes, las fuerzas de cizalla y la acción de fagocitos y agentes antimicrobianos. En el caso de la industria alimentaria, la formación de biofilms y las dificultades para su eliminación son un problema higiénico de primera magnitud, porque comprometen la seguridad de los alimentos (por vehicular patógenos desde superficies de equipos, instalaciones y utillaje, además de alterar la función de los equipos donde se forman) y también reducen su calidad y vida útil. Prevención: Diseño que desfavorezca la formación y permita L&D eficaz. Mejor calidad microbiológica de las materias primas. Higiene rigurosa de la instalación, los operarios, la atmosfera etc. Refrigeración. Identificación de lugares críticos para un mayor control. Mitigación: L&D frecuente. Limpieza mecánica o enzimática. Uso intensivo de biocidas . Antimicrobianos varios, preferentemente naturales y en combinación.

Nuevos recursos contra biofilms (Fuente y col. 2013)

En desarrollo:

Ejemplo de mitigación de riesgo microbiológico: la decontaminación por PULSOS DE LUZ

Se aplican pulsos cortos (nano- a milisegundos) de alta intensidad de luz UV, visible e infrarroja (λ de 180 a 1100 nm) con lámparas de xenon. Para generarlos, se acumula energía electromagnética en un condensador durante una fracción de segundo y a continuación se libera como luz. La emisión es unas 20.000 veces mas intensa que la de la luz solar en la superficie de la tierra. La UV es la mas destructiva, pero las otras frecuencias también contribuyen. El efecto principal es sobre el DNA, formándose dímeros entre las bases pirimidínicas que, al no ser reparados, impiden la transcripción y replicación. También se produce un sobrecalentamiento que hace vaporizarse al agua de las células; al salir el vapor a presión rompe las membranas . Ventajas: No se producen compuestos residuales. Aceptable eficacia antimicrobiana Adecuado para higienizar superficialmente alimentos con superficies lisas, envases y agua. Limitaciones: Se requiere transparencia, no llega a microorganismos en poros o grietas. No adecuado para alimentos ricos en grasas o proteína, que absorben parte de la radiación. Se produce cierto sobrecalentamiento que puede requerir refrigeración. La radiación UV puede por ejemplo, destruir carotenoides (pérdida de color y vita. A) Puede causar una elevación en la tasa respiratoria en los tejidos del alimento.

Pulsos de luz de flash de xenon (PLS) aplicados a suspensiones de E. coli en distintos medios (Ogihara y col. 2013)

(Oms-Oliu y col. 2010)

Ejemplo de mitigación de riesgo microbiológico: la decontaminación por PLASMA FRÍO

Se emplean plasmas reactivos no en equilibrio, a temperatura ambiente. El gas ionizado suele ser aire, nitrógeno o gases nobles (helio, argón, neón) frecuentemente mezclados con oxígeno. La radiación UV produce in situ distintos tipos de iones y radicales libres (entre ellos, especies activas de oxígeno) que dañan las membranas celulares y eventualmente el DNA. Se puede conseguir un “aumento químico” de la eficacia, añadiendo por ejemplo agua o aceites esenciales, que también se ionizan.

Ventajas: Para alimentos con superficies delicadas, muy sensibles al calor o

daños físicos o químicos. Tiempos cortos (segundos o pocos minutos)

Se consiguen hasta 5 log de destrucción microbiana.

Limitaciones: Estado de desarrollo muy preliminar. Poco conocidos los efectos sobre calidad nutritiva y sensorial.

Plasma frío de argón. Cambios causados en E. coli (Bermudez-Aguirre y col. 2013)

Plasma de helio y oxígeno, proyecto para carcasas de pollo (Noriega y col. 2011)

Plasma frío de argón. Inactivación de E. coli en tomate y lechuga (Bermudez-Aguirre y col. 2013)

Cinco conclusiones

1. Un ejemplo de buena prevención y mitigación del riesgo es la elaboración de la “caja de herrramientas” (toolkit) de la acrilamida.

2. La mayoría de las nuevas tecnologías de procesado de alimentos están siendo desarrolladas para destruir microorganismos en sistemas modelo, pero falta bastante para mejorar su eficacia en matrices alimentarias y conocer sus efectos sobre propiedades nutritivas, bioactivas y sensoriales.

3. Las distintas modalidades de procesado mínimo por obstáculos multiples (multiple hurdle) están siendo re-estudiadas para asegurar que la exposición a una determinada situación de stress no genera adaptación o resistencia al mismo y que los tipos de stress inducidos sean complementarios.

4. La desinfección convencional de biofilms microbianos puede, si no es exhaustiva, inducir resistencia a biocidas en las células que solo han sufrido daños subletales.

5. Hay demanda de microorganismos seguros y bien definidos (atenuados y quizás sintéticos) como targets para evaluar y validar la eficacia de los nuevos tratamientos higienizantes.