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Tecnología de Alimentos I Dra. CLARA R. ESPINOZA SILVA Métodos de conservación, principales procedimientos industriales para la conservación de alimentos. Principios de los medios de conservación.

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Tecnología de Alimentos I

Dra. CLARA R. ESPINOZA SILVA

Métodos de conservación, principales procedimientos industriales para la conservación

de alimentos. Principios de los medios de conservación.

Conservación de alimentos Factores principales que afectan la

ecología microbiana de los alimentos Mecanismos de acción de los

principales factores de conservación Preservación por factores combinados

CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

La conservación o preservación de alimentos se basa en la aplicación de factores de estrés conducentes a la inhibición de crecimiento o la muerte de los microorganismos, y de la inhibición de la actividad enzimática en el alimento.

Cuadro: Factores principales que afectan la ecología microbiana de los alimentos

Factores intrínsicos Factores de procesamiento

Factores extrínsecos

Factores microbianos e

implícitos

Efectos netosQuímicos Físicos

Nutrientes Actividad de agua Cambios en el número de microorganismos

temperatura Microorganismos presentes

Interacción entre

factoresNaturaleza de

solutosViscosidad

pH y capacidad buffer

Micro estructura Cambios en el tipo de microorganismos

Humedad relativa

Velocidades y fases “lag” de

crecimiento

Potencial de oxido- reducción

compartamentalización

Cambios en la composición del

alimento

Presión parcial de oxígeno

Efectos sinérgicos

Presencia de conservadores y otras sustancias antimicrobianas

Hielo y efectos de la crioconcentación

Cambios en la micro estructura de

alimentos

Presencia de otros

gases

Efectos antagónicos

MECANISMOS DE ACCION DE LOS PRINCIPALES FACTORES DE CONSERVACION

• Reducción de la actividad de agua.• Acidificación.• Tratamiento térmico

PRESERVACION POR FACTORES COMBINADOS

1) Interacción actividad de agua – pH.

2) Interacción actividad de agua – temperatura.

3) Interacción actividad de agua – disponibilidad de oxígeno.

4) Interacción calor – pH.

5) Interacción calor – aditivos.

6) Interacción actividad de agua – antimicrobianos y pH.

7) Interacción actividad de agua – antimicrobianos – temperatura.

OBJETIVOS DE LOS METODOS DE CONSERVACION DE ALIMENTOS

1)Prevenir los cambios indeseables en el alimento (prolongar la vida útil del alimento).

2)Preservar o conservar el valor nutritivo del alimento.

3)Preservar la calidad sensorial del alimento.

4)Mantener la limpieza y evitar su contaminación.

CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

Método Factor (es) Efectos en los microorganismos

Esterilización(enlatadoTratamientoaséptico)

Tratamiento térmico

Inactivación de todas las células vegetativas y esporas patógenas que puedan desarrollarse en las condiciones de almacenamiento.

Pasteurización Tratamientotérmico

Inactivación de células vegetativas patógenas y de la mayoría de no patógenas, requiere refrigeración u otro factor para retardar el crecimiento de los microorganismos sobrevivientes.

Radurización,radicidación yradapertización

Radiacionesionizantes

Inactivación de microorganismos en unaextensión dependiente de la dosis utilizada, daño de células sobrevivientes.

Principales métodos de conservación de alimentos y su acción sobre los microorganismos

CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

Método Factor (es) Efectos en los microorganismos

Aplicación deAltas presiones

Presiónhidrostática

Inactivación de células vegetativas.

Aplicación depulsos de altovoltaje

Shockeléctrico

Inactivación principalmente deCélulas vegetativas

Congelación Bajatemperatura

Inactivación de algunas célulasvegetativas o inhibición delCrecimiento de las célulassobrevivientes.

Refrigeración Bajatemperatura

Inhibición del crecimiento demesófilos y termófilos y disminuciónde la velocidad de crecimiento depsicrófilos.

CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

Método Factor (es) Efectos en los microorganismos

Deshidratación(aw < 0,6)(secado solar,en aire, alvacío,liofilización,Liofilizaciónacelerada).

Reducciónde aw

Inhibición del crecimiento demicroorganismos e inactivación dealgunas células vegetativas.

Reducción deaw (0,60<aw <0,86)(adición desoluto, secadoparcial.

Reducciónde aw

Inhibición del crecimiento de bacterias pero pueden crecer hongos y levaduras requiriéndose agregado de conservadores u otro factor adicional para su conservación.

CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

Método Factor (es) Efectos en los microorganismos

AtmósferaModificada(vacío, N2 yrefrigeración)

BajaConcentraciónde oxígeno,Baja temperatura.

Inhibición del crecimiento de aerobios, retardando la refrigeración el crecimiento de anaerobios y facultativos anaerobios.

AtmósferaModificadasenriquecidas enCO2

Incremento deLa Concentraciónde CO2.

Inhibición del crecimiento demicroorganismos específicos.

Acidificación(Adición deácidos oFermentaciónláctica oacética)

Reducción de pH. Inhibición del crecimiento de bacterias patógenos y gran negativas; hongos y levaduras son menos susceptibles.

CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

Método Factor (es) Efectos en los microorganismos

Fermentación alcohólica

Incremento de concentración de etanol.

Prevención o reducción de la velocidad de crecimiento de microorganismos.

Adición de conservadores(orgánicos: propionatos, benzoatos, sorbato, etc.; inorgánicos: nitrito, sulfitos, etc.; antibióticos: nisina, pimaricina, etc.

Conservador Básicamente inhibición del crecimiento de microorganismos específicos; en algunos casos efecto bactericida y fungicida.

CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

Método Factor (es) Efectos en los microorganismos

Adición de enzimas(Oxidasas, lisozima, glucosa oxidasa, catalasa, glucanasas, etc.).

Enzimas Inhibición del crecimiento e inactivación de microorganismos, de acuerdo a la enzima utilizada.

Enulsificación Control de microestructura, limitación de nutriente.

Inhibición del crecimiento de microorganismos.

Microondas (896 – 2450 MHz).

Control de energía electromagnética

Inhibición del crecimiento de microorganismos.

CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS

Las tecnologías de factores combinados o tecnologías de barreras, evitan la aplicación de un solo factor de conservación en forma severa con la consiguiente mejora en la calidad organoléptica y nutricional del alimento.

Tecnologías de barreras

• La estabilidad y seguridad microbiana de la mayoría de los alimentos se basa en la combinación de varios factores (obstáculos), que no deberían ser vencidos por los microorganismos.

• El efecto barrera tiene importancia en la preservación de alimentos dado que las barreras en un producto estable controlan los procesos de deterioro, intoxicación y fermentación no deseados.

Consumidor

La calidad del producto debe satisfacer al consumidor, ya que esto hace o deshace a los productos y a sus tecnologías.

Abuso Razonable

•En cuanto a lo que el término “abuso razonable” se refiere, depende de lo que se considera como “riesgo aceptable”. Por ejemplo, en alimentos enlatados poco ácidos, esto se traduce como el desarrollo de un caso de botulismo en 2.6 x 1011 latas producidas, esto es un riesgo aceptable.

Seguridad

Seguridad no es un término absoluto. Es un entendimiento y apreciación de las muchas maneras en las que un alimento puede tornarse peligroso para la salud, y las medidas especiales que se toman para evitar que tales probabilidades ocurran.

Calidad Vs. Precio

• Un factor más que importante en el desarrollo de un producto alimenticio es el costo del mismo. El uso de tecnología significa invertir, requiere equipos, mano de obra especializada, controles.

• Sin embargo, la inversión en tecnología generalmente aumenta la rentabilidad a largo plazo, le da al producto mayor valor agregado, mayor seguridad bacteriológica y una mayor calidad, que en definitiva es lo que el consumidor busca.

EJEMPLOS DEL “EFECTO BARRERA”

•Las barreras deben mantener bajo control la población “normal” de microorganismos en el alimento.

•Los microorganismos presentes en el producto, no deberían poder vencer (“saltar”) las barreras; de otro modo, el alimento se alterará.

Fig. 1: Diferentes ejemplos de métodos combinados de proceso

Fig. : Diferentes ejemplos de métodos combinados de proceso

Homeóstasis y Tecnología de Barreras

• Un fenómeno que merece atención en la preservación de alimentos es la homeóstasis de los microorganismos, que es la tendencia a la uniformidad o estabilidad en su condición normal (equilibrio interno). Si la homeostasis es interrumpida por factores de conservación (barreras), los microorganismos no se multiplicarán (permanecerán en la fase lag) o incluso morirán antes de que su homeostasis se reestablezca.

Barreras de Calidad y Seguridad

• Altas Temperaturas (Valor F)• Bajas Temperaturas (Valor T)• Actividad De Agua• Acidez• Potencial Redox• Microorganismos

Competitivos(por Ejemplo, Bacterias Ácido Lácticas)

• Conservantes (nitrito, sorbato, sulfito).

De todos modos, han sido identificadas más de 40 barreras de uso potencial para alimentos de origen animal o vegetal, que mejoran la estabilidad y/o calidad de dichos productos, incluyendo:

• Alta o baja tensión de oxigeno• Atmósfera modificada ( CO2, N2, O2)• Alta o baja presión• radiación (UV, microondas, irradiación)• Calentamiento Ohmico• Pulsaciones de campos eléctricos• Ultrasonido• nuevos envases• micro estructura de los alimentos (fermentación en estado sólido,

emulsiones) • varios conservantes.

A fin de asegurar la calidad total de los alimentos, las barreras deberían tener un alcance óptimo (figura 2).

Barreras físicas• Procesos térmicos:

– Esterilización – Pasteurización – Escaldado

• Temperatura de almacenamiento• El almacenamiento a temperatura ambiente

no es una barrera. – Temperatura de refrigeración. – Temperatura de congelación.

Cadena de frío

Radiación

• Se usan frecuencias por encima de 109 MHz, que tienen suficiente energía para excitar o destruir moléculas orgánicas.

• Radiación ultravioleta: longitudes de onda por debajo de 450nm. La longitud de onda más efectiva para destruir microorganismos es 260nm. Las bacterias Gram negativas son eliminadas, mientras que las esporas y mohos son mucho más resistentes.

• Radiación iónica y (irradiación): Puede matar microorganismos permitiendo que el producto mantenga sus características de alimento fresco luego de ser irradiado. Las desventajas son la aparición de ciertos off-flavors y, particularmente que la mayoría de los consumidores son muy escépticos del método.

Energía electromagnética• Microondas: a (500-1000 MHz). Calentamiento interno por

la fricción molecular. La inactivación de microorganismos que se consigue se debe a su efecto térmico.

• Se emplea para procesos de pasteurización, secado, descongelación y escaldado, pero no en esterilización. Se usa en combinación con otras barreras (refrigeración, congelación, envasado).

• Radiofrecuencia: se caracteriza por frecuencias de (1-500 MHz). Útil como método de conservación templado, pudiendo inactivar microorganismos alteradores afectando mínimamente la calidad del producto. Suele usarse para descongelado, pero no se aplica como única barrera.

• Pulsos de oscilación magnética: Para destruir o inactivar bacterias y levaduras en productos de conductividad eléctrica pobre (afecta moléculas grandes como las de ADN convirtiéndolas en no funcionales).

• Pulsos de alta electricidad: utiliza campos eléctricos fuertes

para inactivar microorganismos. El campo eléctrico externo, induce un potencial eléctrico sobre la membrana de los microorganismos.

Inactivación fotodinámica de microorganismos.

•Requiere tres componentes básicos: luz, oxígeno y un fotosintetizador.

Ultra Alta Presión(UHP):•Los alimentos tratados bajo ultra alta

presión (> 3000 Bar) experimentan cambios físico-químicos que los llevan a una mayor vida útil, debido a la inactivación de enzimas y microorganismos. El nivel de inactivación depende (pH, aw y T) del producto .

Por qué Altas Presiones?

El HPP es un método para el procesamiento de alimentos, donde éstos son sometidos a presiones muy elevadas (aproximadamente 6000 atm) con o sin adición de calor.

Por encima de 4000 atm la mayoría de bacterias vegetativas son inactivadas

El HPP retiene la calidad del alimento, mantiene la frescura y aumenta la vida de útil del producto.

Se conoce como HHP o UHP

Comparado con el procesamiento térmico con el HPP se obtienen productos de mayor frescura y mejor apariencia, textura y calidad nutricional.

Los HPP se pueden realizar a temperatura ambiente o de refrigeración, eliminando los cambios de sabor inducidos por el calor.

Tecnología que beneficia a los consumidores...

600 MPa x 4 min x 40ºC 80ºC x 60 s

Jugo de naranja pasteurizado y tratado por HPP

Albúmina de huevo

100 – 700 MPa x 20 min

10 – 60ºC

Cambios inducidos en la solubilidad de la proteína

por HPP

Tratamientos HPP en empaques

Efectos del HPP en queso Mozzarella

Cómo se trabaja en HPP?

El producto es empacado en envases flexibles: bolsa o botella plástica.

Llevado a una cámara de alta presión, la que trabaja con un fluido hidráulico (agua).

La presión se aplica mediante una bomba por un tiempo determinado (3 a 5 minutos)

Se retira el producto y se distribuye.

Debido a que la presión es aplicada en forma homogénea, la estructura del producto no varía.

En qué alimentos se usa el HPP?

Se emplea en alimentos líquidos y sólidos. Los de alta acidez son buenos candidatos para tratarse de esta manera.

Actualmente los alimentos tratados con HPP son:

Jugo de naranja, salsa de tomate, pure de manzana ostras y carnes cocidas/ listas para servir.

No se emplea en alimentos de baja acidez (vegetales, sopas, etc.) debido a que para destruir esporas se requiere la acción del calor.

Se usa para eliminar E. Coli, Salmonella y Listeria

         

Ultrasonido

• Vibraciones de frecuencia muy alta (no percibidas por el oído humano). La implosión genera zonas con muy alta presión y temperatura, que pueden afectar la estructura celular.

ENVASADO:

Actúa como barrera para prevenir la entrada de microorganismos, insectos, suciedad, etc., e incluso contra la transferencia o pasaje de vapor de agua, gases y aroma. • Envasado al vacío• Envasado en vacío moderado: el producto se almacena bajo

una presión de aproximadamente 400 mBar a temperatura de congelación.

• Envasado activo: se cambia la composición de la atmósfera en el envase (por ejemplo, se reduce el contenido de O2 a menos del 0,5%).

• Revestimientos comestibles: dan al alimento una capa superficial protectora (por ej. El encerado de frutas).

Tecnología de Atmósferas Controladas y Modificadas

• El aire está constituido por un 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y el resto por dióxido de carbono, y otros gases. Una modificación producida en estas proporciones, modificaría sensiblemente la actividad respiratoria de los alimentos. Un aumento en la concentración de CO2(tiene cierto efecto antimicrobiano) y/o una disminución de la de O2, disminuiría la actividad respiratoria, alargando la vida útil de los alimentos.

Beneficios del Uso de Tecnologías de Atmósferas Controladas y Modificadas

• Reducción del desperdicio a través de la distribución, y mejoras en la calidad a nivel del consumidor (aumento del valor agregado del alimento)

• Mayor retención de:▫ Color▫ Humedad▫ Flavor▫ Madurez ▫ Propiedades nutritivas

• Ampliación del radio de distribución• Mayor rentabilidad a largo plazo.

▫N2: Previene la oxidación, detiene el crecimiento de microorganismos aerobios obligados y puede ser usado como gas de relleno porque tiene baja solubilidad en agua.

▫O2: Previene el crecimiento de microorganismos anaerobios obligatorios, muchos de los cuales son tóxicos.

▫CO2: Tiene efecto bacterioestático, generalmente inhibiendo el crecimiento microbiano.

Barreras Físico-Químicas

•Actividad de agua (aw)•pH•Potencial redox (Eh)•SAL (NaCl)•Nitrito (NaNO2)

•Nitrato (NaNO3 o KNO3)

•CO2

•O2

•Ozono

Barreras Físico-Químicas

• Ácidos orgánicos y sus sales– Ácido Láctico, Lactato: – Ácido Acético, Acetato: – Ácido Ascórbico e

Isoascórbico: • Sulfito (SO2):

– Antioxidante: – Inhibidor Enzimático– Inhibidor de la Reacción de

Maillard– Agente reductor:

• Agente antimicrobiano: • Ahumado:• Fosfatos:• Glucono-δ-Lactona

(GDL):• Fenoles:• Agentes Quelantes:• Propilenglicol• Especias y Hierbas• Lactoperoxidasa• Lisozima

Barreras de Origen Microbiano

• Flora competitiva: El ejemplo más llamativo es la fermentación, en la cual el crecimiento “espontáneo” de los distintos tipos de microorganismos puede cubrir al alimento completamente ayudada por factores extrínsecos o intrínsicos relacionados con el alimento en cuestión

• Cultivos Iniciadores (starters): Alimentos tradicionales conservados con la ayuda de microorganismos incluyen productos lácteos, vegetales, vino, etc. Las bacterias ácido lácticas son particularmente apropiadas en la conservación de alimentos ya que reducen el pH, actúan como antagonistas o producen metabolitos antimicrobianos (por ejemplo, bacteriocinas).

Ejemplos de barreras en la preservación de alimentos

Preservación de jugos de frutas• Debe ser aclarado que el uso de conservantes envuelve

menos riesgo que el no-uso de ellos, ya que previenen la formación de hongos.El uso de conservantes es justificado dado que las temperaturas altas a las que debiera ser sometido el jugo de fruta, para matar a los microorganismos, produciría cambios en el flavour, decoloración y perdidas de nutrientes. Por este motivo es que la sanidad de los jugos de fruta es asegurada con la combinación de conservantes y de otras barreras.