Evaluation of combined treatments based on ultraviolet radiation for preservation of liquid food

Resum

La industria alimentaria actual intenta satisfacer las demandas de los consumidores de alimentos de alta calidad con características semejantes a las de los alimentos frescos, pero garantizando su salubridad y de esta forma salvaguardando la salud pública. La tecnología aplicada debe ser económicamente viable, lo que exige minimizar los costes de producción en tiempo y energía. Actualmente diversas tecnologías no térmicas ya se pueden utilizar en la industria alimentaria. Si bien es cierto que los tratamientos térmicos son, y seguramente seguirán siendo en los próximos años, la tecnología elegida para la conservación de la mayoría de los alimentos. No obstante, estos tratamientos pueden ocasionar pérdidas de nutrientes y alteraciones sensoriales, haciendo que en algunos casos se aconseje su sustitución. La Tecnología de los Alimentos moderna intenta satisfacer las demandas de la industria alimentaria, lo que exige, entre otras cuestiones, la exploración de nuevos métodos de inactivación microbiana y enzimática que, garantizando la estabilidad y salubridad de los alimentos, produzcan efectos mínimos sobre sus propiedades sensoriales y su calidad nutricional. Para dar respuesta a esta necesidad, se están investigando tecnologías no térmicas de conservación de alimentos. En este contexto, las radiaciones ultravioleta están recibiendo una atención creciente por considerarse una de las más prometedoras. Los tratamientos con radiación ultravioleta resultan de gran interés para la industria alimentaria debido a que son fáciles de implementar en planta y porque son eficaces en la inactivación de la mayoría de microorganismos. Sin embargo, hasta hace poco tiempo esta tecnología sólo se utilizaba para la descontaminación superficial de algunos alimentos sólidos y para pasteurizar líquidos claros debido a la escasa capacidad de penetración de esta radiación en líquidos turbios y con altos coeficientes de absorción. En este tipo de productos, es decir en la mayoría de los alimentos líquidos, su procesado exigiría tiempos de tratamiento excesivamente largos, inviables en la práctica industrial. Para ampliar las aplicaciones de la tecnología UV en el sector agroalimentario se necesitaría potenciar su eficacia microbicida, bien desarrollando procesos combinados, o bien mejorando la capacidad de penetración de la radiación. Desarrollar procesos combinados requiere una investigación específica que permita establecer los parámetros de tratamiento, lo que a su vez exige estudiar con detalle la resistencia al proceso propuesto de un amplio grupo de microorganismos patógenos y alterantes en diferentes alimentos, así como establecer sus efectos sobre la calidad. Esta Tesis Doctoral se inició con el objetivo de sentar las bases científicas que permitieran la aplicación de procesos combinados, basados en la aplicación de luz ultravioleta, para la pasteurización de alimentos líquidos. Así, para la consecución de este propósito, se consideró necesario estudiar la resistencia a los procesos investigados de las principales especies microbianas, patógenas y alterantes, y establecer los criterios de proceso necesarios para la consecución de los objetivos perseguidos. Los procesos incluyeron combinaciones con calor, con pulsos eléctricos de alto voltaje, con ultrasonidos y con un compuesto antimicrobiano, el dimetildicarbonato, cuya adición a los zumos está autorizada por la FDA (Food and Drug Administration: Agencia de Drogas y Alimentos) norteamericana. Aunque estudios previos de nuestro grupo demostraron un efecto bactericida sinérgico al combinar luz ultravioleta y calor, se consideró necesario profundizar en el conocimiento de este proceso combinado para establecer los criterios de proceso necesarios para alcanzar 5 ciclos logarítmicos de inactivación de los patógenos alimentarios de mayor interés en alimentos líquidos con alta turbidez y coeficiente de absorción. Además, se consider¿ también necesario completar los datos existentes incorporando estudios de su eficacia letal sobre microorganismos alterantes. Con esta finalidad se estudió la resistencia de cuatro especies patógenas (E. coli, L. monocytogenes, S. aureus, S. Typhimurium), nueve cepas de levaduras y dos especies formadoras de esporos (A. acidocaldarius, B. coagulans) suspendidas en alimentos con diferentes características físico-químicas: zumo de manzana, caldo de pollo y zumo de zanahoria. Las primeras investigaciones para evaluar la eficacia de las combinaciones con otras tecnologías no térmicas pusieron en evidencia sus escasas ventajas. En general la aplicación de la radiación ultravioleta permitía conseguir prácticamente el mismo nivel de inactivación de E. coli que las combinaciones, con un consumo energético menor. Por el contrario, las combinaciones de luz ultravioleta y el calor (UV-H), a temperaturas entre 50 y 60 °C, mostraron un efecto bactericida sinérgico sobre todas las especies microbianas patógenas exploradas, tanto cuando estaban suspendidas en zumo de manzana como en caldo de pollo. Por otra parte, el dimetildicarbonato mostró una notable actividad antimicrobiana sobre E. coli, tanto cuando se combinaba con luz ultravioleta como con calor (55 °C), actuando sinérgicamente. Por lo que respecta a la especie microbiana limitante del proceso combinado de luz ultravioleta y calor en zumo de manzana, L. monocytogenes resultó ser el microorganismo diana para temperaturas entre 25 y 44 °C, E. coli para temperaturas entre 44 y 54 °C, y de nuevo L. monocytogenes a temperaturas superiores; en otras palabras, estas dos especies resultaron ser las más resistentes, dependiendo la especie limitante de la temperatura de tratamiento. En el caso del caldo de carne, L. monocytogenes resultó ser la especie limitante a cualesquier temperatura de tratamiento. Comparando la resistencia de las especies patógenas con las alterantes, la levadura más resistente, S. cerevisiae, resultó ser la especie limitante hasta temperaturas de 57,2 °C, siendo sustituida por L. monocytogenes a temperaturas superiores. Tanto en zumo de manzana como en caldo de pollo, la aplicación de tratamientos UV-H permitieron reducir más de cinco ciclos logarítmicos las poblaciones de los patógenos investigados, variando los tiempos mínimos de tratamiento desde 18 minutos (19.5 J/mL) a 25 °C hasta 2 minutos (2.2 J/mL) a 60 °C, en el zumo de manzana, y desde 6 minutos (6.5 J/mL) a 25 °C hasta 2 minutos (2.2 J/mL) a 60 °C en el caldo de pollo. Se comprobó también que los mencionados criterios de proceso en zumo de manzana permitían reducir la población de la cepa de levadura más resistente (S. cerevisiae STCC 1172) tres ciclos logarítmicos a 25 °C, y más de cinco a 60 °C. Comparando los costes de los tratamientos UV-H con los tratamientos térmicos de igual eficacia letal, observamos que el proceso combinado permitiría reducir en un 90% el tiempo de tratamiento del zumo de manzana a 50 °C, y un 50 % el del caldo de pollo a 60 °C. La cuantía del ahorro en energía UV resultó ser similar. Finalmente se evaluaron los efectos sobre la calidad del zumo de zanahoria de un tratamiento UV-H (dosis de luz UV de 3,9 J/mL y 3,6 min a 60 °C) diseñado para garantizar un mínimo de 5 reducciones decimales de cualquier especie patógena y alterante, de entre las investigadas, y 1 ciclo logarítmico aproximadamente de los esporos estudiados. Los resultados obtenidos demostraban que el proceso combinado no alteraba el pH, los ºBrix ni la viscosidad del zumo, reduciendo la actividad enzimática más que una pasteurización térmica convencional. El zumo tratado por UV-H mantenía la turbidez (¿la nube¿) y un color incluso más atractivo que el del zumo fresco, durante más de 30 días de almacenamiento en refrigeración. Estos resultados nos permiten concluir que los tratamientos UV-H pueden ser una alternativa real y ventajosa a los actuales tratamientos de pasteurización térmica de alimentos líquidos, incluso de alta turbidez y alto coeficiente de absorción.