Teoria pac1

Procesos
tecnológicos de
elaboración de
nuevos alimentos:
tecnología clásica
de elaboración de
alimentos
Núria Mach Casellas
P09/B0552/00246
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Índice
Introducción............................................................................................... 5
Objetivos....................................................................................................... 7
1. Elaboración de alimentos mediante procesos no térmicos..... 9
1.1. Recepción, selección y reducción de tamaño ............................. 9
1.1.1. Recepción y selección .................................................... 9
1.1.2. Reducción del tamaño ................................................... 10
1.2. Mezclado ...................................................................................... 11
1.2.1. El mezclado de sólidos, pastas y líquidos ...................... 11
1.3. Separación ................................................................................... 12
1.3.1. Precipitación .................................................................. 13
1.3.2. Filtración ........................................................................ 15
1.3.3. Centrifugación ............................................................... 21
1.3.4. Prensado ......................................................................... 22
1.3.5. Fraccionamiento ............................................................ 22
1.3.6. Extracción ...................................................................... 23
1.4. Fermentaciones alimentarias ...................................................... 26
1.4.1. Fermentaciones lácticas ................................................. 26
2. Tecnologías avanzadas de procesado a temperatura
ambiente............................................................................................... 33
2.1. Alta presión ................................................................................. 34
2.1.1. Alta presión hidrostática ............................................... 34
2.2. Ultrasonidos ................................................................................ 36
2.3. Irradiación ionizante ................................................................... 37
2.4. La radiación ultravioleta y los pulsos de elevada intensidad
ultravioleta .................................................................................. 39
3. Elaboración de alimentos mediante procesos térmicos........... 42
3.1. El escaldado ................................................................................. 43
3.2. La pasteurización ......................................................................... 44
3.3. La esterilización y la uperización ................................................ 45
3.4. Cocción ........................................................................................ 46
3.5. Las microondas ........................................................................... 48
4. Tecnologías avanzadas de procesado a alta temperatura....... 51
4.1. La cocción al vacío ..................................................................... 51
4.2. Calentamiento óhmico ............................................................... 51
4.3. La descompresión instantánea controlada (DIC) ....................... 53
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5. Formas galénicas en la industria alimentaria........................... 56
5.1. Encapsulación con ciclodextrinas ............................................... 58
Bibliografía................................................................................................. 61
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Introducción
La.evolución.de.la.industria.alimentaria
La industria alimentaria del presente tiene sus orígenes en la prehistoria, hace
aproximadamente 770.000 años. En ese periodo, el hombre comenzó a tratar
los alimentos para mejorar su comestibilidad y viabilidad. Secó el grano para
mejorar su conservación y abastecerse en otras épocas del año y asó la carne
para mejorar su conservación y potenciar el sabor (Fellows y otros, 1994). Posteriormente,
durante la Revolución Industrial (siglos XVIII y XIX) se desarrollaron
máquinas para el tratamiento de los alimentos, lo que permitió reducir el
tiempo de labor, el esfuerzo requerido por los métodos manuales y el número
de personas involucradas. El agua, el viento y la tracción animal sustituyeron
las técnicas más manuales. Los métodos bioquímicos de elaboración se utilizaron
por primera vez en Egipto para la preparación de alimentos fermentados
como quesos, vinos o cerveza. En comparación con los métodos cerveceros
modernos que utilizan amilasas de malta, los alimentos tradicionales antiguos
con contenido alcohólico solían utilizar un fermento microbiano o koji que
contenía amilasas procedentes de fuentes microbianas a fin de degradar el almidón
de cereal.
Durante mucho tiempo estos métodos de conservación y elaboración se utilizaron
tan sólo a escala doméstica para satisfacer las necesidades familiares.
Sin embargo, a medida que las sociedades se desarrollaron, la especialización
y los primeros oficios como precursores de la industria alimentaria actual fueron
emergiendo in crescendo. Durante el siglo XIX se construyeron fábricas que
incrementaron la capacidad de producción de alimentos básicos como el almidón,
el azúcar, la mantequilla y productos de panadería. Hacia el final del
siglo XIX, el avance del conocimiento científico permitió la transformación de
la industria artesanal en la industria tecnificada (Duke-Rohner, 2007).
Situación.actual.de.la.industria.alimentaria.española
El contexto actual de la industria alimentaria es complejo, como corresponde
al primer sector industrial de nuestro país, que representa casi el 17% del total
de la producción industrial, aporta el 12% del valor añadido y emplea al 15%
de la mano de obra del sector secundario (Ministerio de Medio Ambiente y
Medio Rural y Marino, 2008). Se trata de un sector que compite en un mercado
cada vez más integrado y sujeto a cambios muy considerables. Cada cambio
en uno de sus elementos afecta a toda la cadena y a otros elementos relacionados.
Así, las nuevas tendencias de consumo, el resultado de los cambios en la
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población española en términos de edad y ocupación y la preocupación social
por los problemas de salud relacionados con la dieta mantienen en constante
desarrollo e innovación el sector de la industria alimentaria.
En el escenario de los procesos de elaboración, la industria alimentaria está
desarrollando nuevas tecnologías y nuevos equipos para la mecanización y
automatización de procesos, con sistemas de control muy avanzados para potenciar
la competitividad de las empresas agroalimentarias y asegurar la habilidad
de producir alimentos seguros (Raventós, 2005). Las nuevas tecnologías
y los nuevos equipos para la mecanización y la automatización de procesos
apuntan hacia las tecnologías de separación y de extracción, hacia las tecnologías
enzimáticas, las altas presiones hidrostáticas y la descompresión instantánea
controlada. Además, el desarrollo de nuevas tecnologías en la industria
alimentaria se orienta cada vez más a obtener alimentos mínimamente procesados,
con valor añadido, a la vez que seguros y que conserven o mejoren sus
cualidades nutricionales y organolépticas, lo que permite alargar la vida útil
de muchos productos y satisfacer los gustos del consumidor.
Características de las nuevas tecnologías
Por este motivo, resulta imprescindible conocer el efecto de las distintas tecnologías
de elaboración y conservación térmicas y no térmicas. La optimización
del empleo de estos métodos pasa por el diseño de procesos combinados,
en los que la asociación o aplicación simultánea de varios procedimientos térmicos
y no térmicos, sean clásicos o avanzados, permita potenciar el efecto
de cada uno de ellos y reducir el impacto adverso en las características de los
alimentos tratados. Aunque en la actualidad muchas empresas se están preparando
para adaptar sus instalaciones a las nuevas tecnologías, y muchas de
ellas empiezan a utilizar tratamientos no térmicos, las tecnologías clásicas de
elaboración de alimentos con el uso del calor siguen constituyendo el grueso
de la industria alimentaria. De hecho, los procesos con calor constituyen el
procedimiento más usado para prolongar la vida útil de los alimentos y cambiar
las propiedades nutritivas y las características organolépticas del producto
(Herrero y Romero de Ávila, 2006).
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Objetivos
Los objetivos del presente módulo son:
1. Conocer las nuevas tecnologías y equipos para la mecanización y automatización
de los procesos tecnológicos de elaboración de alimentos, térmicos
y no térmicos.
2. Conocer el efecto de las distintas tecnologías de elaboración térmicas y no
térmicas sobre las características de los alimentos.
3. Presentar ejemplos de procesos combinados en los que la asociación o aplicación
simultánea de procedimientos clásicos y avanzados permite potenciar
y rentabilizar el proceso tecnológico en cuestión.

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1. Elaboración de alimentos mediante procesos no
térmicos
La elaboración de alimentos mediante procesos clásicos no térmicos incluye
desde la selección y acondicionamiento de materias primas que garanticen las
propiedades y atributos sensoriales, la aceptación hedónica del consumidor,
la viabilidad del producto, las características nutritivas, la seguridad alimentaria
y la legislación vigente hasta la reducción del tamaño de las materias primas
para su fabricación o caracterización, el mezclado y moldeo, la deshidratación,
o la separación. Se trata de operaciones unitarias muy extendidas en el
procesado de alimentos en las industrias alimentarias, que se desarrollan habitualmente
de forma consecutiva para la elaboración de un mismo producto
(Sevilla y otros, 2008).
No obstante, la demanda creciente de alimentos mínimamente procesados
que, a la vez que seguros conserven las características nutricionales y respeten
las exigencias medioambientales, justifica el nuevo desarrollo de tecnologías
no térmicas para la conservación y transformación de alimentos.
Ejemplo
Son ejemplos de esas nuevas tecnologías la alta presión hidrostática, los pulsos eléctricos
de alta intensidad de campo, la irradiación, los pulsos lumínicos, los ultrasonidos, los
campos magnéticos oscilantes y los aditivos químicos y bioquímicos, entre otros (Ohlsson,
2002).
1.1. Recepción, selección y reducción de tamaño
1.1.1. Recepción y selección
La recepción y selección de materias primas son unidades de proceso empleadas
en las primeras etapas del proceso de elaboración. Normalmente, una vez
superados los controles, la materia prima no se incorpora directamente a la línea
de elaboración, sino que pasa a la cámara de almacén y a posteriori se prosigue
con la selección. La selección es una operación que separa las materias
primas en grupos con propiedades físicas diferentes. Estas propiedades pueden
ser el peso, el color, el tamaño, la forma, la variedad o el grado de madurez de
la materia prima. Durante la fase de selección, primero se prepara la materia
prima eliminando los desechos y dejando sólo lo susceptible transformado; en
segundo lugar, se clasifica en función del tamaño y la forma, quienes determinan
en gran medida la aceptación del producto y por lo tanto su precio (por
ejemplo, en el caso de frutas y huevos). El tamizado es la operación más extensamente
utilizada para la clasificación por tamaños y para la caracterización
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de productos granulares y pulverulentos. No obstante, otros métodos de clasificación
son la selección gravimétrica, volumétrica, geométrica, fotométrica
o la combinación entre ellos (sistemas de visión artificial mediante cámaras).
Sistemas de selección de visión artificial mediante cámaras
Los sistemas de visión artificial mediante cámaras son capaces de clasificar la fruta en
una cinta transportadora según su forma o tamaño y determinar el grado de maduración
a través del color. Estos sistemas de clasificación están constituidos frecuentemente por
cintas transportadoras, aunque las compañías especializadas en frutas y verduras generalmente
canalizan los productos en varias líneas, utilizando copas o recipientes especiales
que pasan bajo las cámaras de visión. Otras aplicaciones interesantes en la industria
alimentaria son las relacionadas con la inspección de huevos, la clasificación de carne
avícola (diferenciación y clasificación de muslos o pechugas), la inspección de sistemas
de ahumados y el control del alimento enlatado. Otro sector alimentario donde la visión
artificial está cada vez más presente es el de la panadería y bollería. Existen sistemas de
monitorización en 3D de pan, dulces, crackers y galletas. Como esta industria ya utiliza
sistemas de empaquetado automático, la visión artificial se hace cada vez más necesaria
para evitar cuellos de botella ocasionados por productos con tamaños erróneos. Las líneas
de producción son cada vez más rápidas y, por lo tanto, las personas que clasifican este
tipo de productos son menos capaces de controlarlas visualmente. A medida que la industria
de la alimentación se automatiza, la visión artificial va sustituyendo a la humana.
Sistema tradicional de clasificación de fruta. Fuente: Giró (2005)
Sistema de visión artificial mediante cámaras capaces de clasificar la fruta en una cinta transportadora según su
forma o tamaño y determinar el grado de maduración a través del color. Fuente: Giró (2005)
Los sistemas de visión artificial mediante cámaras no solamente son capaces de clasificar
la fruta en una cinta transportadora según su forma o tamaño y de determinar el grado
de maduración a través del color, sino que pueden inspeccionar y controlar la calidad
de otros muchos productos.
1.1.2. Reducción del tamaño
La reducción de la materia prima es otra de las operaciones unitarias más frecuentes
en la industria alimentaria. Ello implica, por ejemplo, la reducción del
tamaño de los sólidos que se deseen procesar y realizar una posterior separa-
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ción en diferentes fracciones de tamaño similar para que sean procesadas de
forma independiente (Aguado y otros, 2005). Entre los aparatos más utilizados
para la reducción de tamaño encontramos los molinos y las cortadoras.
Ejemplos de aplicación en la industria alimentaria
El.proceso.de.reducción.de.tamaño.en.hortalizas.y.frutas.frescas
El proceso de reducción de tamaño es muy importante en el creciente mercado de "alimentos
listos para el consumo", es decir, de alimentos elaborados con hortalizas y frutas
frescas sin transformar, generalmente clasificadas por tamaño, peladas, cortadas o picadas
y envasadas para el consumo (Reglamento UE 2073/2005; Lafuente y otros, 2008).
El.proceso.de.reducción.de.tamaño.en.la.industria.del.embutido
Además, esta operación de reducción de tamaño es importante en la industria de los
embutidos. El picado es una de las operaciones que se realizan al inicio del proceso de
elaboración de embutidos crudos madurados para dividir la materia prima en porciones
más pequeñas, de manera que pueda ser moldeada y dispuesta en la forma y tamaño deseados.
El proceso de picado tiene como fin utilizar la energía mecánica para desorganizar
las estructuras de los tejidos por las operaciones de corte, aplastamiento y ruptura. El picado
lleva a las aglomeraciones de granos constituidos por células más o menos intactas.
El ensamblaje de estos granos confiere la estructura a los productos de picado grosero.
En esta etapa, la ruptura de las células es limitada y por ello las cantidades de componentes
proteicos y lipídicos obtenidas a partir de estas células son escasas y dependen
del modo de picado. Si la acción mecánica continúa, los componentes liberados podrían
interaccionar para llegar a nuevas estructuras y entonces se trataría de operaciones de
reestructuración, conducentes a los productos de granos finos. La temperatura es uno
de los principales parámetros que se deben controlar durante el picado de embutidos.
Así, por ejemplo, la temperatura óptima de la carne debería estar alrededor de -1 °C; si
la temperatura es inferior se forma una especie de serrín sin ninguna consistencia y si
es superior se pegotea y se produce el empaste. Después del picado, la temperatura de la
carne debe oscilar entre 0 y -5 °C, ya que si es muy baja se presentan dificultades en la
embutidora, el empuje no será regular y quedarán bolsas de aire, por el contrario, si la
temperatura es muy elevada, el riesgo es la fusión de las grasas.
1.2. Mezclado
El mezclado es una unidad de proceso empleada para combinar distintos ingredientes,
conseguir determinadas propiedades funcionales y características
organolépticas o transportar energía y materia.
Según sea la naturaleza y el estado físico de los componentes, la operación
unitaria de agitación y mezcla puede implicar la dispersión de un gas en un
líquido en forma de pequeñas burbujas, la dispersión de un sólido en el seno de
un líquido, el mezclado de componentes sólidos, el mezclado de los líquidos
miscibles o el mezclado de dos líquidos inmiscibles para formar una emulsión.
Por lo general, se consiguen mezclas más uniformes con aquellos productos
cuyo tamaño, forma y densidad son semejantes. La uniformidad del producto
final depende del equilibrio alcanzado entre los mecanismos que favorecen o
dificultan el mezclado, que depende, a su vez, del tipo de mezcladora, de las
condiciones durante el funcionamiento y de la composición de los alimentos.
1.2.1. El mezclado de sólidos, pastas y líquidos
El mezclado de sólidos, al igual que el mezclado de líquidos, implica la interposición
de dos o más componentes separados para formar un producto más
o menos uniforme, aunque existen diferencias significativas entre ambos pro-
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cesos. La mezcla de líquidos depende fundamentalmente de la creación de
corrientes de flujo que transportan el material no mezclado hasta la zona de
mezcla adyacente al agitador y así se obtiene una fase líquida homogénea. En
el caso de sólidos y pastas, no se producen tales corrientes y la homogenización
es menor. La mezcla de sólidos tiene lugar, en general, mediante tres tipos
de mecanismos: transporte de producto o grupo de partículas de un punto a
otro (convención), movimiento aleatorio de partículas individuales (difusión)
y mediante cizallamiento o corte. En la mayoría de los equipos de mezcla intervienen
los tres mecanismos, aunque un tipo particular de mecanismo puede
ser el predominante en un determinado equipo. Las propiedades de los ingredientes
que más influyen en el grado de mezcla conseguido son el tamaño,
la forma y la densidad de las partículas. Cuanto más parecidas sean estas propiedades
más fácil es la operación de mezcla y más íntima la mezcla resultante.
Diferentes máquinas mezcladoras de uso habitual en la industria
En la industria, actualmente encontramos las máquinas mezcladoras, las mezcladoras
de doble Z, las mezcladoras combinadas con picadoras, las mezcladoras
con tapa de cierre hermético para trabajar al vacío o bajo atmósfera de CO2
o de gases inertes.
El proceso de mezclado en la fabricación de helados
La mezcla de ingredientes es un proceso básico en muchas de las fábricas de alimentos.
Así, por ejemplo, los helados son preparaciones alimenticias resultantes de batir y congelar
una mezcla pasteurizada y homogeneizada de leche, derivados lácteos y otros productos
que deben mantener un grado de congelación suficiente hasta el momento del
consumo. Su composición varía según sean los ingredientes y el modo de elaboración.
Se les puede incorporar chocolate, café, frutas, zumos o jarabes.
1.3. Separación
Los métodos clásicos de separación de alimentos son la precipitación, la sedimentación
gravitatoria, la centrifugación, el prensado y la extracción mediante
solventes químicos. No obstante, en la actualidad las tecnologías de separación
apuestan por el desarrollo de la separación mediante membranas con
mayor selectividad y duración que se utilicen en la filtración más allá de los
productos lácteos y por mejores técnicas de separación con el fin de obtener
extractos naturales de gran pureza. Además hay una clara apuesta por las tecnologías
de extracción por fluidos supercríticos con gases inertes a altas presiones
para la separación de productos de matrices complejas y por las tecno-
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logías de molienda criogénica a -100°C o separación electrostática. La extracción
con CO2 supercrítico está plenamente consolidada a escala comercial para
la obtención de aromas y sabores de especias y hierbas aromáticas, café y té
sin cafeína. La molienda criogénica a -100°C busca fracciones de granos purificadas
mecánicamente para evaluar el impacto tecnofuncional y nutricional
de cada tejido periférico y, de esta forma, fijar objetivos para la producción
de harinas acondicionadas, por ejemplo. En cambio, con la separación electrostática,
las partículas procedentes de las distintas partes del grano se cargan
de forma diferente en electricidad estática y se separan según su carga en un
campo eléctrico (Greffeuille y otros, 2005).
1.3.1. Precipitación
La precipitación es una unidad de proceso de separación que se emplea para la
obtención de una fase sólida en el seno de un líquido, generalmente por adición
de un reactivo que forma un precipitado con algún ión de la disolución
o por concentración de la disolución. El reactivo determina principalmente
la cinética del proceso, la composición del efluente y el flujo de efluente que
se va a tratar. La cinética del proceso de precipitación química a su vez depende
de variables como la concentración o la temperatura y de las condiciones
del proceso como la dosificación del reactivo precipitante y la agitación del
sistema para lograr una reacción uniforme en toda la masa reaccionante. En
la mayoría de los casos, el precipitado se recupera del fondo de la disolución
mediante filtración, decantación o centrifugación.
Precipitación de proteínas por cambio de pH
Uno de los precipitados más conocido en la industria alimentaria es el proteico.
El consumo de soja se ha ido incrementando debido a su alto valor nutricional
y a las excelentes propiedades funcionales y nutracéuticas (L'Hocine y
otros, 2006). La industria alimentaria ha aprovechado esta característica para
elaborar una amplia gama de productos, en los cuales esta proteína puede utilizarse
como fuente de proteína (aislados proteínicos) o puede conferir propiedades
funcionales a los alimentos (aditivo). Aunque existen diferentes métodos
para la precipitación de proteínas, uno de los más usados es la precipitación
de las proteínas a su punto isoeléctrico. El pH de la solución proteínica
se enriquece y se ajusta al punto isoeléctrico para precipitar las partículas de
proteína.
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Proceso de precipitación de las proteínas de la soja
El proceso de precipitación de las proteínas de la soja para satisfacer los productos de
soja, como la leche, consiste en preparar la lechada usando hojuelas de soja sin grasa o
harina y agua, separar los sólidos sin proteína y fibras y finalmente precipitar, separar y
secar la proteína. En el primer paso del proceso de extracción, la lechada de harina de soja
y agua se produce por la extracción de las proteínas de la solución; posteriormente las
fibras bajas en proteínas se separan de la solución para enriquecer la proteína mediante
la fuerza centrífuga. La precipitación de proteínas es el segundo paso que se debe realizar
y en éste el pH de la solución proteínica se enriquece y se ajusta al punto isoeléctrico
para precipitar las partículas de proteína. Después, cada zona separada del licor madre
se procesa por centrifugación.
Precipitación mediante fluidos supercríticos
La precipitación mediante fluidos supercríticos1 como Gas AntiSolvent (GAS),
Supercritical Anti Solvent (SAS) y Supercritical Extraction of Emulsions (SEE) se ha
ido estudiando para mejorar las características nutritivas y organolépticas de
los precipitados. Estas técnicas se basan en sustituir los disolventes orgánicos
por un fluido supercrítico, en particular por dióxido de carbono supercrítico.
El fluido supercrítico es una sustancia que se encuentra a temperatura y presión
superiores a las de su punto crítico. En el caso del dióxido de carbono,
que es el fluido supercrítico más empleado para aplicaciones relacionadas con
el procesado de sustancias naturales, dicho punto crítico se encuentra a 31,1
°C y 73,8 bar (Brunner, 1994). El interés en el uso de este tipo de fluidos radica
en sus propiedades, que con frecuencia se describen como intermedias entre
las de un líquido y un gas. La densidad y la capacidad como disolvente del
CO2 pueden ser comparables a las de disolventes líquidos orgánicos, mientras
que la baja viscosidad y la elevada difusividad en este fluido son similares a las
que se observan en gases (Yeo y Kiran, 2005). Además, resulta especialmente
útil la posibilidad de modificar las propiedades con cambios en la presión y
la temperatura, lo que provoca que el fluido supercrítico sea más similar a un
líquido o a un gas y el hecho de poderse eliminar del producto final mediante
una simple despresurización (Pasquali y otros, 2006). Otras de sus principales
ventajas radican en las suaves temperaturas en el proceso que evitan dañar el
producto, así como el hecho de ser un elemento no inflamable, no corrosivo,
no tóxico, no cancerígeno y altamente selectivo.
Para el proceso de precipitación, se introduce el alimento con alto contenido
del elemento que se quiere precipitar en la celda de extracción, donde a continuación
se introduce el CO2 en condiciones supercríticas. El fluido supercrítico
se pone en contacto con las células previamente rotas del material que se
encuentra en la celda de extracción y se extraen los componentes presentes
en dicho material. El fluido supercrítico, cargado con los compuestos precipitados,
se expone a una disminución de la presión. Junto con la disminución
de la presión se puede variar la temperatura, aumentándola o disminuyéndola
en función de la composición inicial del material de partida. Esta variación
de la presión y de la temperatura supone una disminución de la densidad del
dióxido de carbono supercrítico y propicia la precipitación de los compuestos
contenidos en el fluido supercrítico procedente de la celda de extracción,
(1)El fluido supercrítico es una sustancia
que se encuentra a temperatura
y presión superiores a las de
su punto crítico y que se utiliza para
obtener cristales de precipitado
con morfología muy uniforme, alta
pureza y libres de residuos de disolvente.
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por lo que se originan dos fracciones: una sólida formada por cristales en un
porcentaje superior al 85%, preferiblemente superior al 90%, y otra fracción
formada por el fluido supercrítico cargado con restos.
1.3.2. Filtración
La filtración es una unidad de proceso de separación empleada para retener
una cantidad discreta y dispersa de materia, ya sea sólida, líquida o gaseosa
suspendida en un fluido matriz. Es la separación de los sólidos suspendidos en
líquidos por paso de la mezcla a través de una capa de material poroso. El caso
más frecuente es el de la retención de un sólido contaminante, en suspensión,
en una corriente líquida, pero, igualmente, pueden ser retenidas partículas líquidas
o sólidas de una corriente de gas (Valdemoros, 2008). La filtración puede
servir también para concentrar, extraer, purificar o fraccionar sustancias de
interés a temperatura ambiente, además de disminuir los costes de empaquetado,
transporte y almacenamiento. Destaca la capacidad de realizar concentraciones
o extracciones de sustancias a temperatura ambiente, lo que permite
conservar mejor las propiedades de la sustancia sin destruir nutrientes.
Los filtros pueden clasificarse en tres grupos:
• Filtros de presión. El filtrado se encuentra a presión atmosférica y el jarabe,
a una presión superior.
• Filtros de vacío. El jarabe se encuentra a presión atmosférica y el filtrado,
a una presión inferior.
• Filtros centrífugos. La diferencia de presiones se consigue por efecto de la
fuerza centrífuga desarrollada al hacer girar el sistema a elevada velocidad.
(Aguado y otros, 2005)
El proceso de filtración se caracteriza por ser versátil (existe una amplia variedad
de tipos de elementos filtrantes, fabricados según diferentes diseños,
tamaños y grados de filtración y una generosa oferta comercial de hardwares
adaptados) y por disponer de numerosos materiales de fabricación para asegurar
una correcta compatibilidad química tanto con el producto que se va
a tratar como con los fluidos auxiliares involucrados en el proceso, como disolventes,
agua caliente, desinfectantes o vapor en línea. Aparte, implica un
bajo consumo energético, es escalable y respetuoso con el medio ambiente
(Valdemoros, 2008).
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Filtración mediante membranas
Los procesos de membrana se utilizan para concentrar o bien fraccionar un
líquido en dos con diferente composición. El proceso de separación se fundamenta
en la permeabilidad selectiva de uno o más componentes del líquido a
través de la membrana y en un gradiente de presión hidrostática.
Representación esquemática de dos medios separados por una membrana. Fuente: Raventós (2005)
Ventajas e inconvenientes de la separación por membranas (Raventós,
2005)
Ventajas Inconvenientes
• No es necesario calentar el alimento (no
hay pérdida de productos termolábiles).
• Inversión inicial importante.
• No exige un cambio de fase.
• Pocos gastos de mantenimiento y de mano
de obra.
• Variaciones de flujo del producto que se
quiere filtrar.
• Aplicable a todo tipo de zumos. • Alta frecuencia de obstrucción de la membrana,
lo que reduce el tiempo de funcionamiento
efectivo entre dos sesiones de
limpieza consecutiva.
• Tiene pocas exigencias de espacio. • Implica la concentración y el desarrollo de
microorganismos si el tiempo de permanencia
y la temperatura de trabajo no son
los adecuados.
Los procesos de filtración por membrana más utilizados son la microfiltración,
la ultrafiltración, la nanofiltración y la ósmosis inversa. Estas técnicas difieren
entre sí esencialmente en el tamaño de paso y en la presión a la que trabajan.
El tamaño del poro disminuye en el orden de ultrafiltración, nanofiltración
y ósmosis inversa (Mañas, 2008). A medida que disminuye el poro, la
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presión de trabajo aumenta y la calidad del medio filtrante obtenida mejora.
No obstante, cabe destacar las aplicaciones de nuevas técnicas como la ósmosis
directa, los detractores de membrana y la destilación osmótica. De todas
las aplicaciones, cabe destacar la obtención de productos de calidad con la
conservación de las propiedades físico-químicas, los costes relativamente bajos
y que se encuentran completamente integradas en la mayoría de procesos
productivos que requieren de una etapa de separación. El problema general
para todos los procesos de separación por membranas es la disminución del
flujo de permeado ocasionado por el ensuciamiento interno y externo de las
membranas. El ensuciamiento por microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración
y ósmosis inversa es relevante debido al carácter del proceso y restringe
su aplicación al tratamiento de soluciones de concentraciones inferiores a 30°
Brix. Así, por ejemplo, de momento las aplicaciones de procesos de separación
por membranas en la industria de zumos tienen que combinarse con métodos
tradicionales de separación.
Múltiples aplicaciones de la separación por membranas en la industria de
zumos
Aplicación Tipo de zumo Tipo de membrana
Clarificación • Zumos cítricos
• Frutas tropicales
• Zumo de aloe vera
Microfiltración
Concentración • Zumos cítricos
• Zumo de manzana
• Zumo de pera
• Zumo de piña
• Enzimas
Ultrafiltración y ósmosis
inversa
Ultrafiltración
Ultrafiltración
Ultrafiltración y ósmosis
inversa
Ultrafiltración y ósmosis
inversa
Desacidificación • Zumos cítricos (pomelo, limón,
lima, naranja y mandarina)
Ultrafiltración y ósmosis
inversa
Concentración.de.enzimas • Todo tipo de zumos Ultrafiltración y ósmosis
inversa
Recuperación.y.concentración
de.componentes.o.ambos
• Proteína de soja
• Almidón de patata
• Colorantes naturales
Ultrafiltración y ósmosis
inversa
Obtención.de.colorantes.naturales
• Zumos (zumo de arándanos) Ultrafiltración y ósmosis
inversa
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La separación por membranas se utiliza en la industria alimentaria para los
procesos de concentración, fraccionamiento y purificación de productos líquidos,
aunque puede aplicarse al tratamiento y recuperación de agua o residuos
de proceso.
Sistemas diferentes de separación por membranas
• La microfiltración. Proceso de separación por membranas que consiste en
la separación de las partículas en suspensión en un líquido, principalmente
bacterias y levaduras. Las membranas de microfiltración se clasifican
por el diámetro de las partículas más pequeñas que quedan retenidas y
oscila entre los 0,1 y los 10 microm. Las presiones de trabajo oscilan entre
0,1 y 2 bar (Raventós, 2005).
• La ultrafiltración. La tecnología de ultrafiltración mediante membrana es
un proceso de separación por membranas que permite, previo estudio de
cada caso particular, alcanzar garantías de turbidez en salida (inferiores a
0,1 NTU) y la eliminación de parámetros microbiológicos de hasta 5 log.
Es destacable la tolerancia de estas membranas al cloro y a otros oxidantes.
• La nanofiltración. La tecnología de nanofiltración es un proceso de separación
que proporciona un óptimo rechazo de dureza (hasta el 90%) en
aplicaciones de ablandamiento y reduce considerablemente los costes de
explotación, ya que trabaja a baja presión. El tamaño del poro de este tipo
de membrana permite también la eliminación de bacterias, virus y pesticidas.
Debido a los altos niveles de retención y a un menor gasto de energía
que la ósmosis inversa, es una técnica perfecta para obtener un agua con
amplia utilización en la fabricación de bebidas, dados los requerimientos
de salinidad y dureza habitualmente establecidos. También se aplica para
separar colorantes orgánicos y precursores del trihalometano, como el ácido
húmico, y en la industria azucarera se aplica como uno de los pasos en
la clarificación y concentración de jarabes.
• Ósmosis inversa. La tecnología de ósmosis inversa es un proceso de separación
con un abanico de aplicaciones muy extenso, ya que la gran mayoría
de membranas de ósmosis inversa supera en un 99% el rechazo de sales
(y llega incluso al 99,5%) y elimina bacterias, virus y pesticidas (Maña,
2008). La calidad del concentrado es muy buena y el producto resultan-
© FUOC • P09/B0552/00246 19 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
te no sufre ningún daño térmico. En general, la ósmosis inversa emplea
membranas semipermeables que permiten el paso de agua y retienen a la
vez la mayoría de los solutos presentes en la solución. El agua se transporta
a través de la membrana debido al gradiente de presión al que está expuesta
la solución: cuanto más grande es el gradiente de presión, mayor es
el flujo de permeado del agua. Las desventajas de la ósmosis inversa están
asociados con la interacción entre la membrana y la solución. La primera
desventaja es el ensuciamiento de la membrana durante el proceso y la
consiguiente reducción en la densidad del flujo de permeado que conlleva.
La segunda desventaja es la reducción del gradiente de presión debido
al aumento de la presión osmótica de la solución durante el proceso de
concentración y este aumento de la presión osmótica resulta finalmente
en unas densidades de flujo de permeado muy pequeñas cuando la concentración
del zumo alcanza entre los 25° y 30° Brix. Por lo tanto, para
poder aplicar la ósmosis inversa es necesario minimizar el ensuciamiento
y resolver el problema de viscosidad de la solución que reduce la fuerza
motriz. El ensuciamiento puede disminuir si la solución se prefiltra antes
de llegar a la etapa de la ósmosis inversa. Durante la producción de zumos
de frutas, se aplica normalmente la ultrafiltración como pretratamiento.
Ejemplos de utilización en la industria alimentaria
La ósmosis inversa se utiliza para la concentración de compuestos de peso molecular bajo
e iones debido a la alta selectividad (retención de partículas > 150-250 Da) y para la
concentración y purificación de zumos de frutas antes de su concentración por evaporación.
También puede utilizarse para la concentración de enzimas y aceites vegetales.
Otras aplicaciones descritas son la concentración de almidón de trigo, ácido cítrico, clara
de huevo y leche, así como para la clarificación de vino y cerveza.
La ósmosis inversa separa y concentra compuestos de peso molecular
bajo y tiene un abanico de aplicaciones muy extenso. Es importante
minimizar el ensuciamiento y resolver el problema de viscosidad de la
solución que reduce la fuerza motriz para aumentar la eficiencia del
proceso. Se utiliza en la industria alimentaria para la concentración y
purificación de zumos, almidón de trigo, ácido cítrico, clara de huevo y
leche, así como para la clarificación de vino y cerveza.
• Ósmosis directa. La tecnología de ósmosis directa es un proceso de separación
por membrana poco investigado que constituye una alternativa a
los procesos de separación por membrana de altos requerimientos energéticos
como la ósmosis inversa. En el proceso, la membrana separa la solución
que se quiere concentrar de una solución de presión osmóticamente
mayor. La diferenta de presión osmótica entre las dos soluciones genera
el flujo osmótico de agua a través de la membrana. El transporte de agua
tiene lugar siempre que el potencial químico del agua de la solución que
se quiere concentrar sea más alto que el potencial del lado del permeado.
Como agentes osmóticos pueden emplearse soluciones de sales (NaCl), sacarosa,
melazas y jarabes de maíz. La elección de una solución de extrac-
© FUOC • P09/B0552/00246 20 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
ción es decisiva para la eficacia del proceso y tiene como principales características
una alta solubilidad en agua, baja volatibilidad y viscosidad, alta
tensión superficial y por último no debe ser una sustancia tóxica. Entre las
ventajas de este proceso se encuentran un menor ensuciamiento que en
el caso de los procesos que requieren aplicación de presión como fuerza
motriz, bajo consumo de energía, sencillez y fiabilidad. En el proceso de
ósmosis directa pueden utilizarse membranas hidrofílicas de propiedades
requeridas por la separación (flujo, selectividad).
Ejemplos de aplicación en la industria alimentaria
La ósmosis directa se utiliza actualmente para el acondicionamiento de aguas y también
en el sector de producción de zumos.
En la ósmosis directa la membrana separa la solución que se quiere concentrar
de una solución de presión osmóticamente mayor. Es una técnica
limpia, de bajo consumo de energía, sencilla y fiable. Actualmente
en la industria se utiliza para el acondicionamiento de aguas y también
en el sector de producción de zumos.
• Contactores de membrana. La tecnología de los contactores de membrana
es un proceso de separación por membrana que se encuentra entre las técnicas
de separación más novedosas y con ventajas indiscutibles. A diferencia
de los procesos basados en el tamizaje (microfiltración, ultrafiltración,
nanofiltración y ósmosis inversa), el flujo depende, en este caso, solamente
de la diferencia de potencial osmótico, de la temperatura o concentración
de las soluciones que se encuentran en los dos lados de la membrana. Las
únicas presiones hidráulicas requeridas son las necesarias para bombear la
solución osmótica hasta la superficie de la membrana.
Ejemplos de aplicación en la industria alimentaria
La tecnología de los contactores de membrana se utiliza para la extracción de O2, N2 y
CO2, así como para la eliminación de burbujas de agua, tintas, emulsiones y reveladores.
Otros usos industriales son la humidificación de gases, la hidrogenación, la nitrogenación
y la carbonación.
• Destilación por membranas (proceso térmico). La tecnología de la destilación
por membranas es un proceso de separación por membrana también
conocida como destilación transmembranaria, evaporación por membranas
o termoevaporación. A pesar de ser desarrollada como una técnica de
eliminación de agua en los años sesenta, no se había estudiado en detalle
hasta los años noventa, cuando el desarrollo de las membranas y su comercialización
convirtieron el proceso en económicamente más viable. El
proceso se basa en el transporte simultáneo de masa y calor por una membrana
microporosa e hidrófoba. La diferencia de temperatura y el gradiente
de concentración crean un gradiente de presión de vapor que permite
el paso de vapor por la membrana. La aplicación de membranas que impi-
© FUOC • P09/B0552/00246 21 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
den la entrada del agua en los poros asegura la formación de una interfase
vapor-líquido (Fellows, 1994).
El proceso de destilación por membranas se ve afectado por la temperatura
del alimento, la concentración y finalmente el caudal. Las dos mayores
ventajas de la destilación por membranas son una selectividad teórica del
100% para los componentes no volátiles y una interacción mínima entre
la membrana y los componentes de las solución durante el proceso. Por
otra parte, la baja presión de trabajo hace de la destilación por membranas
una alternativa para los procesos de separación que requieren inversión
de energía, como destilación convencional u ósmosis inversa. Además, el
coste energético de la destilación por membranas se puede reducir al mínimo
utilizando la energía solar.
Ejemplos de aplicación en la industria alimentaria
La tecnología de la destilación por membranas se aplica básicamente para aumentar la
concentración de los componentes no volátiles hasta llegar a unas concentraciones altas,
desalinizar el agua y también para recuperar los compuestos volátiles (aromas).
La destilación por membranas consiste en el transporte simultáneo de
masa y calor por una membrana microporosa e hidrófoba. Presenta una
selectividad teórica del 100% para los componentes no volátiles y una
interacción mínima entre la membrana y los componentes de la solución
durante el proceso. Por otra parte, la baja presión de trabajo reduce
la inversión de energía .Se aplica básicamente para aumentar la concentración
de los componentes no volátiles hasta llegar a unas concentraciones
altas, desalinizar el agua y también para recuperar los compuestos
volátiles.
1.3.3. Centrifugación
La centrifugación es una unidad de proceso que utiliza la fuerza centrífuga para
incrementar la velocidad de separación entre dos líquidos no miscibles o de
sólidos suspendidos en líquidos (Fellows, 1994). Por ello, la centrifugación es
una alternativa a los procesos convencionales de sedimentación gravitatoria
y filtración. Sin embargo, debe tenerse en cuenta el elevado coste y realizar
un estudio económico de las diferentes posibilidades. De modo muy general,
puede decirse que la centrifugación puede ser una alternativa económicamente
viable cuando en los procesos se manejan partículas de pequeño tamaño,
cuando las diferencias de densidades entre las dos fases es pequeña, cuando el
espacio disponible es escaso y en el caso de productos de alto valor añadido.
© FUOC • P09/B0552/00246 22 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
Por el diferente tipo de tratamiento, se diferencia entre sedimentación centrífuga
y filtración centrífuga. Asimismo, se diferencian las centrífugas para separaciones
de dos líquidos inmiscibles, las centrífugas para separaciones sólido-
líquido y los ciclones, ampliamente utilizados para la eliminación de sólidos
en corrientes gaseosas.
Usos de las centrífugas
En la industria, las centrífugas se utilizan para el desnatado de la leche y para la clarificación
de aceites, extractos de café y jugos diversos.
1.3.4. Prensado
El prensado es una unidad de proceso que consiste en la separación mediante
presión de los líquidos retenidos en un sólido. El líquido a veces se encuentra
empapando exteriormente al sólido, por ejemplo, en el prensado de tortas de
filtración para eliminar el líquido retenido durante el lavado. En otras ocasiones
el líquido puede encontrarse en el interior de las células, cuyas paredes
deben romperse para permitir su salida, como es el caso de la extracción de
aceites vegetales y zumos de frutas. Las variables de las que depende el rendimiento
de una operación de prensado son múltiples y muy diversas, entre ellas
destaca la resistencia a la deformación de los sólidos, la presión máxima que
puede aplicarse en cada caso concreto y la velocidad a la que se incrementa
la presión a lo largo del proceso, el espesor de la masa de sólido húmedo que
se sitúa en la prensa, la porosidad de la masa de sólidos, la función tanto de
la estructura más o menos porosa del sólido como de la presión aplicada y la
viscosidad del líquido que se pretende extraer.
Usos del prensado en la industria alimentaria
El prensado o extracción por presión se utiliza principalmente para la extracción de aceites
y zumos. En el procesado de frutos (por ejemplo, el de la uva para la extracción de
mosto para vinificación) la prensa debe extraer la mayor cantidad posible de zumo sin
extraer también cantidades apreciables de sólido o compuestos fenólicos de la piel, responsables
del amargor y el empardeamiento. Esto se consigue utilizando presiones bajas
y un menor número de prensados. Durante el prensado, la presión debe incrementarse
progresivamente para evitar la formación de una torta impenetrable, ya que el material
sólido se deforma con relativa facilidad. El prensado también es fundamental en la planta
de elaboración de queso. El prensado en estas industrias se realiza normalmente en prensas
túnel para las que las mesas rodantes están especialmente adaptadas. Estas prensas
disponen de unas guías laterales para fijar la mesa rodante en la posición correcta durante
el prensado y sirven de topes de seguridad durante dicha operación. Normalmente están
equipadas con cilindros de un determinado diámetro y presentan un rango de presión
de entre 1,5 y 6 bar. El prensado se logra por la acción de cilindros de prensado individuales
que actúan sobre cada tapa de los moldes con queso. La elevación progresiva de
la presión desde 0 hasta el valor establecido (0,5-0,6 bares manométricos) se realiza en
cinco minutos. Normalmente, la prensa dispone de un temporizador regulable para interrumpir
la operación de prensado una vez que se ha cumplido el tiempo preestablecido
(Sánchez y otros, 2003).
1.3.5. Fraccionamiento
El fraccionamiento es una unidad de proceso de separación mecánica entre
los componentes con diferentes características físico-químicas.
© FUOC • P09/B0552/00246 23 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
El fraccionamiento por vía seca
En los últimos años, uno de los procesos más interesantes en el ámbito industrial por
todas sus ventajas es el fraccionamiento por vía seca (Arqué-Clemens, 2008). En el caso
del fraccionamiento de grasas y aceites, este proceso se basa en una cristalización física
del aceite o grasa en un reactor a temperatura y tiempo controlados. En esta etapa de
cristalización, los cristales de aceite de la fase más saturada se aglomeran entre ellos a
modo de cristales por el efecto de la disminución de la temperatura. Posteriormente, y a
la misma temperatura, se separa la masa de aceite en sus dos componentes físicamente
visibles: la estearina y la oleína. Para que el fraccionamiento por vía seca funcione, el
aceite o grasa que se pretende fraccionar debe contener un mínimo de fase saturada para
que sea viable el fraccionamiento. Por ejemplo, en un aceite de soja, no tendría sentido
el fraccionamiento porque debería hacerse a temperaturas bajas (inferiores a 5° C) y se
fraccionaría poco. El fraccionamiento se realiza en un cristalizador con agitador de diseño
adecuado y con temperatura controlada en tiempo y valor. Este proceso es ventajoso
al tratarse de un proceso continuo, higiénico y seguro, válido para todos los aceites saturados
tanto de origen vegetal como animal, libre de utilización de productos químicos en
el aceite y ajustable a la calidad de la oleína y de la esterina en el proceso, según el destino
final de cada lote. Además, es un sistema con un bajo nivel de coste de instalación y de
funcionamiento y puede ser un proceso hermético.
Si bien este tipo de procesos se ha asociado a la industria de la grasa animal o a aceites
vegetales saturados, también tiene interés en la industria de los nutracéuticos para la
obtención de la fase oleína de aceite de pescado azul por su alta composición de omega-3.
Recientemente también ha adquirido importancia por su aplicación a la industria del
biodiésel, donde la esterina debe eliminarse del aceite antes de producir el biodiésel para
así reducir el máximo posible el índice CFPP.
El fraccionamiento por vía seca aparece como una alternativa potencial
para los solventes orgánicos tóxicos en la industria de aceites y grasas,
en la industria nutracéutica y en la del biodiésel.
1.3.6. Extracción
La extracción es una unidad de proceso que permite separar los componentes
presentes en una mezcla mediante el contacto con un disolvente que disuelve
selectivamente algunos de estos componentes. Se trata, por lo tanto, de una
operación de transferencia de materia en la que determinados componentes
se transportan de una fase a la otra (Fellows, 1994). Si el objetivo de interés de
la industria alimentaria es la recuperación de determinadas sustancias se habla
de extracción positiva, mientras que si el objetivo de esta operación es purificar
un elemento por eliminación de determinados componentes no deseados, que
son extraídos mediante un disolvente, se habla de extracción negativa.
La extracción positiva sólido-líquido se lleva a cabo poniendo en contacto el
alimento sólido de partida con el disolvente durante un periodo de tiempo
determinado. A continuación, la mezcla resultante se separa para dar lugar a
dos fases: el extracto y el residuo, también denominado agotado o refinado.
Entre los factores que influyen en la extracción sólido-líquido encontramos
el disolvente, la temperatura, el pH y el tamaño de las partículas sólidas. El
disolvente más utilizado en la industria alimentaria es el agua, ya que combina
un bajo precio y una elevada disponibilidad con un gran poder de disolución
de numerosos componentes.
© FUOC • P09/B0552/00246 24 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
La demanda creciente de productos de alto valor añadido (que incorporen
sustancias naturales, principios activos con valores nutritivos) derivada de los
nuevos hábitos sociales, junto con las mejoras en los procesos productivos y
las exigencias legales, está obligando a las industrias alimentarias a mejorar
sus operaciones unitarias tradicionales de extracción y a buscar nuevos procesos
industriales para conseguir mejorar la calidad del producto separado sin
generar residuos y a adaptar los productos a las tendencias del consumo.
Extracción de aceites a partir de semillas y extracción del azúcar que contiene la remolacha azucarera
Algunas de las nuevas tecnologías de extracción con mayores perspectivas
de desarrollo futuro son la extracción por fluidos supercríticos,
la extracción con líquidos sobrecalentados o fluidos presurizados, las
extracciones por microondas y por ultrasonidos (Santantos y Quinela,
2006), así como la molienda criogénica y la separación electroestática.
Ejemplos de aplicación en la industria
Usos.de.la.extracción.sólido-líquido
Este tipo de extracción es la de mayor importancia en el procesado y transformación de
alimentos. Algunos ejemplos de extracción sólido-líquido son la extracción del azúcar
que contiene la remolacha azucarera, la extracción de aceites a partir de frutos secos y
semillas, la recuperación del aceite restante en el residuo sólido obtenido por prensado
de la aceituna o la fabricación de café instantáneo por extracción de los granos de café
tostados y molidos.
Usos.de.la.extracción.con.fluidos.supercríticos
Los fluidos supercríticos se están utilizando para la extracción de principios activos herbales
a partir de plantas aromáticas, de extractos de especias para colorantes alimentarios
y aceites esenciales a partir de semillas, para el desengrasado de alimentos, para la extracción
de colesterol de aceites, carnes y lácteos, para la descafeinización del café y para la
recuperación de la nicotina del tabaco.
El té verde ha sido una de las bebidas más populares en los países asiáticos y ahora se
usa ampliamente en todo el mundo debido a sus efectos benéficos para la salud. El té
verde tiene muchos componentes interesantes como la cafeína, las catequinas, las grasas,
los aminoácidos, los compuestos aromáticos, las vitaminas o la clorofila (Stone y otros,
1991).
© FUOC • P09/B0552/00246 25 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
Las catequinas del té verde. Fuente: Valenzuela (2004)
Los principales componentes farmacológicos del té verde son la cafeína y las catequinas.
Si bien las catequinas son conocidas por sus múltiples efectos bioactivos, como la antioxidación
anticancerígena y antiinflamatoria, la cafeína tiene efectos adversos en los humanos,
como la privación del sueño, abortos e hipersensibilidad. Por lo tanto, para una
producción de té más saludable es muy importante la extracción selectiva de la cafeína
del té verde, a la vez que se conservan las catequinas.
Los solventes orgánicos tales como la acetona, el metanol, el etanol o el acetonitrilo han
sido usados para obtener té verde libre de cafeína (Wang y Helliwell, 2000), así como la
mezcla de etanol con agua para extraer la catequina del té verde, aunque sus residuos
tienen efectos potenciales adversos en la salud humana. La extracción con fluidos supercríticos
(básicamente dióxido de carbono) aparece como una alternativa potencial para
los solventes orgánicos tóxicos. Dado que entre sus características la viscosidad de CO2
es de cinco a quince veces menor que la de los solventes orgánicos convencionales o
acuosos, esto lleva a una fácil penetración de CO2 en la matriz de la muestra y a una
transferencia de los extractos deseados de la muestra matriz a la fase de CO2 (Mohamed
y Mansoori, 2002). En contraste con los solventes orgánicos convencionales o acuosos
convencionales, el poder solvente del CO2 es muy sensible a pequeños cambios en los
parámetros experimentales tales como la presión y la temperatura. Por lo tanto, la extracción
selectiva de los compuestos deseados puede ser posible mediante un simple ajuste
de los parámetros. Adicionalmente, el poder disolvente del CO2 puede ser modificado
fácilmente con la adición de cosolvente. Cuando los extractos deseados son compuestos
polares, el rendimiento de la extracción puede ser sustancialmente incrementado mediante
la adición de una pequeña cantidad de solventes polares como etanol, acetona o
agua (Chang y otros, 2000).
El CO2 supercrítico se ha aplicado también para la extracción de ácidos grasos poliinsaturados
omega-3, muy valorados en la industria alimentaria por su papel como alimento
funcional, para la obtención de concentrados proteicos con bajo contenido lipídico y
para la extracción de aceites de pescado con bajo contenido en fosfolípidos.
La extracción con fluidos supercríticos aparece como una alternativa potencial para los
solventes orgánicos tóxicos. Actualmente se utiliza en la industria alimentaria para la
extracción de aceites esenciales, para el desengrasado de alimentos, para la extracción de
colesterol, teína y cafeína o para la recuperación de la nicotina del tabaco, entre otros.
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1.4. Fermentaciones alimentarias
La fermentación alimentaria es uno de los métodos más antiguos de conservación
de alimentos utilizados por el hombre debido a la reducción del valor
de la humedad y de la actividad de agua, así como por la presencia de pH ácido
en concentraciones que confieren al producto un sabor característico (Franco
y otros, 2002).
Los cambios provocados por los microorganismos en los carbohidratos de un
sustrato determinado pueden utilizarse para establecer una clasificación entre
diferentes tipos de fermentaciones:
• Aquellas en las que los principales productos resultantes de la fermentación
están constituidos por ácidos orgánicos.
• Aquellas en las que estos productos resultantes están constituidos básicamente
por etanol y anhídrido carbónico.
Aquellos microorganismos que dan lugar prácticamente a un único producto
se denominan homofermentativos y los que originan productos diversos,
heterofermentativos. Las principales fermentaciones industriales son la láctica
y la alcohólica. Las fases iniciales de ambas fermentaciones alcohólicas y
homolácticas se producen según el ciclo de Embden Meyerhoff-Parnas. En las
heterolácticas se sigue el de la hexosamonofosfato. En la mayoría de fermentaciones
intervienen mezclas complejas de microorganismos o poblaciones microbianas
que actúan sucesivamente y provocan cambios en el pH, potencial
redox o disponibilidad de sustratos (Fellows, 1994).
1.4.1. Fermentaciones lácticas
La fermentación láctica es una unidad de proceso muy antigua asociada a la
capacidad fermentativa de las bacterias lácticas. Las cepas bacterianas que intervienen
en la fermentación vienen determinadas principalmente por su tolerancia
al pH. Así, por ejemplo, en la leche, cuando la concentración de ácido
láctico alcanza el 0,7-1,0% se inhibe el crecimiento de Streptococcus liquefaciens,
Streptococcus lactis y Streptococcus cremoris y aparecen entonces otras especies
que soportan mejor el pH como el Lactobacillus casei. De forma semejante, en
la fermentación de productos vegetales, los Lactobacillus spp. tienen mayor
poder acidificante que los Streptococcus spp.
En algunos tipos de fermentaciones, en especial en las de productos poco ácidos
(leche y carne), con objeto de conseguir una elevada concentración en el
sustrato de microorganismos y reducir así el tiempo de fermentación e inhibir
el crecimiento de gérmenes patógenos y bacterias causantes de alteraciones,
se añade una determinada cantidad de cultivo iniciador o starter. En otro tipo
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de fermentaciones, la flora natural del producto es ya suficiente para provocar
un rápido descenso del pH que evite el crecimiento de microorganismos no
deseados.
Los embutidos fermentados crudos y curados
La industria cárnica dedicada a la elaboración de embutidos fermentados crudos
y curados constituye uno de los principales focos económicos del sector
agroalimentario en España. Del amplio abanico de productos cárnicos en forma
de embutido, la familia de los crudos curados es la que presenta mayor
número de variantes. Es importante destacar dentro este grupo el salchichón,
el salami, el fuet, el chorizo, la longaniza y el lomo embuchado. Se diferencian
de los embutidos cocidos, adobados o frescos por el tratamiento que reciben
antes de ser consumidos. Son productos elaborados a partir de una mezcla
de carnes finamente picadas, una mezcla de especias, sales del curado (nitrito
sódico/nitrato), sal y azúcar. La mezcla se embute en tripas naturales o artificiales,
se fermenta y posteriormente se pasteuriza. Seguidamente se somete a
maduración y se almacena a entre 4° C y 7 °C.
La conservación de estos alimentos se debe a la acción microbiana de las mezclas
de nitrito-especias y, en menor grado, a la sal. También se debe al ácido
láctico producido durante la fermentación, al tratamiento térmico y a la pasteurización,
así como a la reducción en la actividad del agua producida por la
sal y la deshidratación y a la baja temperatura del almacenamiento.
Ejemplos de aplicación en la industria
Elaboración.de.embutidos.crudos.y.curados.mediante.el.proceso.tradicional
Los embutidos crudos y curados son productos elaborados mediante el troceado o picado
de carnes y grasas con o sin despojos (en su mayoría de cerdo), a los que se incorporan
especias, aditivos y condimentos autorizados. Posteriormente, se embuten, se fermentan
y se someten a un proceso de maduración (secado) y opcionalmente se ahúman. Después
del troceado o picado y amasado de la carne y otros componentes se deja reposar
la mezcla durante 24 horas a 4 °C. En ese momento la carga microbiana inicial es baja;
principalmente se encuentran microorganismos aerobios psicrófilos Gram negativos.
Posteriormente se inicia la fase de fermentación, que tiene lugar en secadores donde el
embutido se seca a temperaturas de entre 22 °C y 27 °C con una humedad relativa del
90%. En estas condiciones se invierte la carga microbiológica y se activan bacterias Gram
positivas como Lactobacillus spp. o Micrococcus spp. Si el medio es suficientemente ácido,
se dan reacciones que provocan la reducción de nitratos durante las primeras ocho o
dieciséis horas. En particular, cuando el valor del pH es de cinco los Micrococcus spp. son
los que participan en mayor medida de este mecanismo.
Los pigmentos del color también sufren alteraciones en esta fase. Cuanto más inferior a
seis es el pH, menor pigmentación. Un pH muy bajo es el responsable de la degradación
de la nitrosomioglobina, el pigmento que da color a la carne curada. La degradación del
pigmento puede emplearse como indicador de calidad e incluso de seguridad: cuando
ocurre cambia el color a tonos verduzcos.
La adición de azúcares a la masa cárnica, principalmente glucosa, determina la formación
de ácido láctico y el descenso del pH. Existen otros factores que contribuyen a este descenso.
Uno de ellos es el calibre del embutido por su relación directa con el contenido de
oxígeno. Otro es el pH inicial de la carne: si es bajo, la acidificación será excesiva, como
también lo será el secado de la pieza. Cuando el pH alcanza el valor del punto isoeléctrico
hay una pérdida de la capacidad de retención del agua, lo que lleva a la deshidratación del
embutido. La pérdida de agua en la deshidratación conlleva un descenso de los niveles de
actividad del agua, concepto que indica la cantidad de agua disponible para interaccionar
en distintas reacciones químicas. Este nivel oscila desde valores iniciales próximos a 0,96
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hasta valores finales de 0,88. Por consiguiente, la pérdida de peso es de un 20% a un 40%.
En la fase de maduración, la temperatura de los alimentos se sitúa entre los 12 °C y los
14 °C y la humedad relativa es del 85%. En esta etapa se produce la mayor parte de la
deshidratación y tiene lugar la hidrólisis enzimática de las proteínas y los lípidos que, a su
vez, da lugar a aminoácidos libres como la prolina, la glicina, la leucina o la valina, responsables
de dar sabor al alimento. Algunos aminoácidos pueden sufrir alteraciones que
provocan la acumulación de aminas y amoníaco, sustancias responsables de aumentar el
pH al final de la maduración. De la lipólisis se obtienen ácidos grasos libres y un aumento
del glicerol. Estas sustancias contribuyen, al igual que las proteínas, al sabor y aroma final
del producto. En esta fase pueden darse reacciones de oxidación en las que aparecen sustancias
volátiles responsables del gusto a rancio del alimento. La baja actividad del agua
inhibe el desarrollo de microorganismos tanto patogénicos como aquellos responsables
del deterioro microbiológico del producto (Fernández y otros, 2000). La metodología de
secado utilizada conlleva que el tiempo requerido para realizar esta etapa en embutidos
fermentados pueda variar de tres a seis semanas, dependiendo del calibre y de las características
del producto. En el caso de las salazones cárnicas, el tiempo requerido puede
variar de tres a 24 meses o más, dependiendo de las características del producto.
Embutidos crudos curados y sala de secado
La etapa de fermentación ocupa una posición de alta relevancia, ya que en esta fase ocurre
la disminución del pH, el desarrollo de las características sensoriales del producto y la
reducción de la carga microbiológica.
Elaboración.de.embutidos.crudos.y.curados.hipocalóricos.e.hiposódicos
Los embutidos hipocalóricos e hiposódicos están pensados para ser incluidos en dietas
con un bajo contenido en grasa y sal. La grasa eliminada se suple con carne magra y en
ocasiones con agua y productos de ligazón. Cuanta más presencia de carne haya, mayor
será la cantidad de sal presente en el alimento. La disminución de la sal en los productos
cárnicos se puede conseguir llevando a cabo una selección de la materia prima, modificando
los procesos tecnológicos y añadiendo sustancias que compensen la reducción
salina o mediante los sustitutos de la sal. Así, algunas de las estrategias concretas de investigación
más reciente consisten en seleccionar carnes con bajo potencial proteolítico,
reducir la adición de sal y su dispersión o acelerar su distribución por la pieza, la adición
de fosfatos o proteínas de origen animal o vegetal para conseguir así mejorar el aspecto
y la firmeza del producto.
No obstante, es importante tener en consideración que la reducción de sal implica un
declive de la concentración de sodio, lo cual, a su vez, comporta un descenso de la capacidad
de retención del agua, de la emulsión de grasa y un aumento de la actividad
proteolítica. Además puede afectarse el aspecto, el olor y el sabor de los productos cárnicos.
En los productos bajos en sal, el índice de actividad del agua se mantiene en valores
elevados, un aspecto que podría ocasionar la aparición de riesgos microbiológicos.
En condiciones óptimas puede conseguirse la correcta disminución del pH añadiendo
acidulantes y bajándolo rápidamente a valores seguros. De esta manera se han logrado
productos con sólo un 1,8% de sal en su composición y totalmente seguros.
La.tecnología.de.secado.Quick-Dry-Slice.process
La tecnología de secado Quick-Dry-Slice process se basa en un sistema para productos lonchados,
en el que los productos embutidos crudos curados se someten a una etapa de
fermentación hasta alcanzar el pH deseado, luego se congelan, se lonchean y se someten
a un proceso que consta de una etapa de secado tradicional y otra de secado por vacío que
permite alcanzar el contenido de agua y la textura deseados en pocos minutos (menos de
una hora). Para la comercialización en lonchas, la tecnología QDS process presenta numerosas
ventajas con respecto a la tecnología tradicional de secado de productos cárnicos
crudos-curados (Comaposada y otros, 2008). Hay que diferenciar las ventajas de índole
tecnológica de las de operatividad y método de elaboración. Entre las ventajas tecnológicas
cabe resaltar que el sistema permite obtener productos con flavour menos ácido y
más homogéneo, así como tener la posibilidad de elaborar productos de pH elevado. De
la misma forma, se obtienen productos sin hongos y con un control más exhaustivo de
© FUOC • P09/B0552/00246 29 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
la seguridad del producto, pues permite controlar de manera precisa tanto el producto
como el proceso. El sistema permite además mejorar los rendimientos y disminuir los
residuos. En cuanto al proceso, esta metodología ofrece una gran flexibilidad de producción,
es más rápida, permite el funcionamiento just in time y requiere menos espacio que
los sistemas tradicionales (Comaposada y otros, 2008).
Productos lácteos
Aunque hoy en día existe una gran variedad de productos lácteos fermentados
(yogur, queso, kéfir, kumis, mazada, nata ácida), la fermentación de la leche se
viene realizando desde la antigüedad. Ya en los textos bíblicos se encuentran
referencias sobre estos productos fermentados que al principio se producían
de manera espontánea y que pronto empezaron a elaborarse de forma más
sistemática, pues además de ser una forma de conservar durante más tiempo
la leche, se les atribuían ciertas propiedades benéficas. Consumidos especialmente
en los países orientales (Asia y Europa central), los productos lácteos
no se extendieron a Occidente hasta principios del siglo XX. Desde entonces
y hasta nuestros días, los hábitos de consumo de los españoles han cambiado
considerablemente, pero quizás en el consumo de yogures es, sin duda, donde
el cambio ha sido más espectacular.
Las leches fermentadas son aquellos productos lácteos fermentados mediante
la acción de microorganismos por los que se obtiene como resultado la reducción
del pH con o sin coagulación de proteínas a su punto isoeléctrico. También
puede definirse como producto lácteo un preparado con leche sometida a
un proceso de pasteurización, esterilización o ebullición y al que se inoculan
bacterias lácticas que pertenecen a una o varias especies. Las bacterias lácticas
se caracterizan porque durante la fermentación transforman algunos azúcares,
principalmente la lactosa, en ácidos orgánicos (láctico y acético).
Según el tipo de fermentación, las leches fermentadas se pueden clasificar en:
• Fermentación láctica pura, cuando se utilizan cultivos iniciadores mesófilos
(Lactococcus lactis cremoris o Lactococcus lactis lactis, Leuconostoc cremoris
o lactis, que originan leche acidificada, mazada fermentada, nata acidificada,
ymer, langfil y viili) o iniciadores termófilos (Lactobacillus bulgaricus,
Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus o Bifidobacterium
bifidum).
• Fermentación láctica y alcohólica cuando se utilizan cultivos de Leuconostoc
spp., Lactococci spp., Lactobacilus spp. y Saccharomyces spp. o Candida
kluyveromyces para producir kéfir y kumis, respectivamente.
Pero en la fermentación de productos lácteos también debe considerarse el
contenido de grasa, el origen de la leche y su calidad. El resultado de combinar
estos diferentes parámetros y procesos es la obtención de una gran variedad
de leches fermentadas, de las cuales es importante destacar el yogur, el kéfir
y bebidas lácteas probióticas. Las diferencias de sabor entre ellas se deben a
la velocidad de producción y a la concentración de ácido láctico, aldehídos
© FUOC • P09/B0552/00246 30 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
volátiles, cetonas, ácidos orgánicos y diacetilo. Este último compuesto, que
procede de la fermentación del citrato de la leche, es el responsable del característico
aroma a mantequilla de los productos lácteos. Las modificaciones de
textura se deben a la producción del ácido láctico a partir de la lactosa, que
da lugar a una disminución de la carga eléctrica de las micelas de caseína, que
coagulan al alcanzar el punto isoeléctrico y por eso se forman unos flóculos
característicos. Las manipulaciones en el starter y en las condiciones de incubación
y fermentación son las que determinan el tamaño y la textura de los
flóculos, que determinan a su vez las diferencias en textura de los distintos
productos. La conservación de los mismos se obtiene mediante refrigeración
por acidificación (yogur) o por descenso de la activada de agua (queso).
Ejemplos de aplicación en la industria alimentaria
El.yogur
El yogur es el producto de la leche coagulada obtenida mediante fermentación láctea con
la acción de los microorganismos Lactobacillus bulgaricus (responsable de la acidificación)
y Streptococcus thermophilus (responsable de los sabores y aromas característicos), los cuales
deben ser viables y estar en las cantidades del orden de 107 unidades formadoras de
colonia (UFC). En el caso de leches fermentadas con Bifidobacterias spp. o con diferentes
especies de Lactobacillus spp. (L. casei, L. acidophilus, L. variante, a los fermentos lácticos
habituales se les han añadido Bifidobacterias spp. o Lactobacillus spp., lo que ha resultado
en unas características parecidas a las del yogur, pero con una textura y sabor diferente. La
elaboración se inicia con un tratamiento previo de la leche en el que se controlan parámetros
como la acidez, la grasa, las proteínas o la cantidad de microorganismos presentes.
Cuando la leche está preparada se estandariza, es decir, se regula la cantidad de proteínas,
de lactosa y de materia grasa (Mahaut y otros, 1993). Según el yogur que se desee, se añade
más o menos grasa en esta fase. El desnatado contiene un 0,2% de materia grasa, mientras
que el de tipo griego contiene un 10%. Seguidamente se filtra la solución y se pasa
por un proceso de desaireación en el que se elimina oxígeno y se añaden estabilizantes
para evitar la fermentación de los microorganismos. Posteriormente se homogeniza para
poder estabilizar los glóbulos de grasa y se somete a un proceso de pasteurización alta,
es decir, recibe un tratamiento más severo (a 80 °C durante cinco minutos). El objetivo
es inactivar enzimas, desnaturalizar proteínas y destruir los microorganismos existentes
para que solamente crezcan los que se añaden posteriormente. Pasada esta fase, se deja
enfriar el producto y se añade el cultivo. Los dos tipos de microorganismos se añaden a
la vez y actúan en simbiosis, es decir, al crecer juntos aumentan su capacidad. Para que el
cultivo iniciador se desarrolle, la leche debe tener un recuento bacteriano bajo, no poseer
antibióticos ni desinfectantes, no debe estar contaminada por bacteriófagos y no debe
ser leche mamítica.
El objetivo es llevar a cabo la fermentación láctea y obtener ácido lácteo. El resultado
es un descenso del pH hasta niveles de 4 a 4,5 y la formación de sustancias como el
acetato, que dará lugar a la aparición de compuestos tales como la acetona o el diacetil,
responsables del sabor típico del yogur y de la coagulación de la leche. En los yogures
sólidos se envasa el producto y la fermentación se lleva a cabo en el interior (a 42 °C y
pH 5). Dura entre tres y seis horas, dependiendo del pH que se desee conseguir. Una vez
fermentado, se mantiene en refrigeración (4 °C) para detener la fermentación y ya está
listo para el consumo. En los yogures líquidos, la fermentación se lleva a cabo en tanques
industriales a 42 °C y se envasa posteriormente a 4 °C con el mismo fin.
El yogur es el producto de la leche coagulada obtenida mediante fermentación láctea con
la acción de los microorganismos Lactobacillus bulgaricus (responsable de la acidificación)
y Streptococcus thermophilus (responsable de los sabores y aromas característicos), que deben
ser viables y estar en las cantidades del orden de 107 UFC. El descenso del pH hasta
niveles de 4 a 4,5 y la formación de sustancias como el acetato son los responsables del
sabor típico del yogur y de la coagulación de la leche.
Los.postres.lácteos
Durante la última década, los postres lácteos han despertado un gran interés para el consumidor
y han experimentado una enorme evolución. Los avances tecnológicos en los
ingredientes y sistemas de fabricación han dado una nueva dimensión a los clásicos postres
caseros. En su elaboración se parte de leche UHT (ultra-high-temperature) y se añaden
© FUOC • P09/B0552/00246 31 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
los diferentes ingredientes o aditivos según el producto que se quiera fabricar. Éstos suelen
ser azúcar, colorantes, aromas, grasas o gelificantes como almidones modificados, gelatina,
agar-agar, pectinas o huevos para flanes y natillas. Una vez obtenida la mezcla de
ingredientes deseada se calienta hasta conseguir una distribución homogénea de todos
y una penetración de los gelificantes o espesantes. Posteriormente se esterilizan a 140 °C
durante ocho segundos para eliminar patógenos y se enfrían hasta los 70 °C o 75 °C para
el envasado. Se envasan en tarrinas y se mantienen en refrigeración (4 °C) hasta el consumo.
No debe olvidarse que estos postres no han pasado por una etapa de fermentación
y que no tienen microorganismos viables, por lo que el producto final obtenido varía
mucho del yogur tradicional. Los postres lácteos se podrán conservar en frío durante un
periodo de tres semanas.
Los postres lácteos se elaboran siguiendo un proceso similar al del yogur, con la salvedad
que sufren un tratamiento térmico que inactiva la flora láctica responsable de la fermentación.
Fermentaciones etanólicas
La fermentación alcohólica es un proceso bioquímico anaeróbico resultante
de la transformación de los hidratos de carbono en etanol, CO2 y energía mediante
la acción de microorganismos.
Ejemplos de aplicación en la industria alimentaria
La.producción.de.la.cerveza
La cerveza es la bebida que se obtiene de la fermentación alcohólica -mediante levaduras
seleccionadas- de un mosto de malta de cebada, sólo o mezclado con otros cereales, al
que se le añade lúpulo o sus derivados y agua y que se somete a un proceso de cocción.
Algunas industrias utilizan antioxidantes (sulfitos, ácido cítrico y ascórbico) y estabilizantes
de la espuma (alginatos). Se consideran cervezas sin alcohol aquellas cuya graduación
alcohólica es inferior al 1% del volumen. Las tradicionales tienen entre cuatro y
cinco grados de alcohol. Para elaborar la cerveza sin alcohol, se parte de la cerveza tradicional
y se le elimina el alcohol una vez formado mediante procesos de destilación y
ultrafiltración o bien mediante procesos específicos que reducen la formación de alcohol
en la fermentación, para los cuales se utilizan unas levaduras especiales o en los que se
disminuye el contenido en mosto original.
La.producción.del.vino
La producción de vino es otro proceso de especial interés. Cabe mencionar que el término
vino se aplica al líquido resultante de la fermentación alcohólica, total o parcial, del
zumo de frutas y sin la adición de ninguna sustancia. Se pueden encontrar además del
vino de uva, vinos de mango y plátano entre otros vinos de frutas. Desde el punto de
vista biotecnológico, el vino es el producto de complejas interacciones entre levaduras
y bacterias que comienza desde que el fruto está en la plantación, continúa a lo largo
de todo el proceso de fermentación y llega hasta el momento en el que el producto se
embotella. El proceso de elaboración del vino de uva depende de los microorganismos
fermentantes, de las condiciones ambientales, del estado de la fruta, del proceso de fermentación,
del pH del mosto, de la cantidad de dióxido de azufre y de los aminoácidos
presentes en el mosto (Fleet, 2003).
Tradicionalmente la producción de vinos se ha realizado a partir de fermentaciones espontáneas
de los mostos llevadas a cabo por cepas de levaduras endémicas residentes en
las superficies de las uvas y de los equipos de las bodegas. Estas fermentaciones espontáneas
de mostos son un complejo proceso que involucra la acción de diferentes géneros y
especies de levaduras e incluso bacterias que pueden variar entre un año y otro y dar así
origen a la diferencia en las velocidades de fermentación y a las características del vino de
un año a otro (Querol y otros, 1994). El tipo de levaduras o incluso de bacterias presentes
en la fermentación del mosto depende principalmente de la región de donde es originaria
la fruta y del procedimiento de producción, del tipo de bebida que se va a producir, de la
concentración inicial de la microbiota, de la temperatura de fermentación y del pH del
medio, así como de la concentración de SO2 y etanol (Granchi y otros, 2002). El uso de
inóculos con poblaciones mixtas e inóculos secuenciales o ambos constituye una herramienta
importante para estandarizar el producto y preservar aquellas características deseables.
Seleccionar cepas de una determinada región parece ser la solución para asegurar
un producto estandarizado que conserve las características organolépticas que distinguen
a la zona de producción. Además del Saccharomyces cerevisiae se han encontrado muchas
otras levaduras presentes en la fermentación del vino como, entre otras, las Hanseniaspora
© FUOC • P09/B0552/00246 32 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
guilliermondii, Kloeckera apiculata, Pichia anomala, Candida stellata, Torulaspora delbrueckii,
Candida valida, Bretanomyces bruxellensis, Rhodotorula aurantiaca. Todas estas levaduras
mejoran el buqué del vino, pero no son capaces de terminar la fermentación debido a la
poca tolerancia a las altas concentraciones de etanol (Clemente-Jiménez y otros, 2005).
Por esta razón, varios autores ya han estudiado fermentaciones usando mezclas de levaduras,
ya sean inoculadas simultáneamente o de manera secuencial. Los mecanismos de
interacción de estos ecosistemas de la fermentación incluyen la producción de enzimas
líticas y efectos de tipo killer.
Igual que en la cerveza, actualmente existen técnicas para la desalcoholización del vino.
Algunas técnicas permiten eliminar una parte del etanol del vino; algunas son factibles
como la ósmosis inversa o la evaporación con columnas de conos rotantes, algunas como
la preevaporación han sido estudiadas y luego abandonadas y finalmente otras están
siendo estudiadas en la actualidad, como la destilación al vacío. El objetivo de la puesta
a punto de los procedimientos en el dominio de la desalcoholización es el de conseguir
eliminar suficientes moléculas de etanol y conservar a la vez las cualidades originales
de los vinos tratados y sin que los costes de producción perjudiquen la competitividad
internacional. En términos generales, se considera que los vinos son más bien negativamente
sensibles a los tratamientos térmicos y la reducción de la concentración de etanol
puede ir acompañada del riesgo de eliminación de compuestos volátiles que podrían tener
un papel importante en el aroma de los vinos así como también en las cualidades
organolépticas generales. Una de las soluciones que parece más eficaz en referencia a la
unión de tecnologías es la ósmosis inversa. En el caso del vino, la fase disolvente es la
solución hidroalcohólica. Con las membranas más corrientes la selectividad agua/etanol
es inferior a 1 y tiende hacia 0,7 de modo que la ósmosis inversa concentra la casi totalidad
del extracto seco y parcialmente el etanol. En consecuencia, para obtener una
reducción de la cantidad de etanol es necesario añadir un volumen de agua equivalente
al eliminado durante la ósmosis inversa. Para evitar esta aportación exógena, a causa de
la normativa de algunos países vitícolas, se propone fraccionar el permeato de ósmosis
inversa por destilación con la finalidad de reincorporar la fase acuosa recuperada. De hecho,
se ha estudiado la unión de dos osmosores equipados con membranas que puedan
seleccionar agua/etanol.
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2. Tecnologías avanzadas de procesado a temperatura
ambiente
Un buen número de nuevas tecnologías de procesado a temperatura ambiente
se presentan hoy como alternativas prometedoras para incrementar la inocuidad
alimentaria, extender la vida útil y a la vez obtener productos de calidad
difícil de alcanzar por tratamientos térmicos convencionales (Herrero y
otros, 2006). Normalmente estos productos acondicionados para su consumo
directo, que se conservan refrigerados y envasados en atmósfera modificada,
necesitan evitar los tratamientos térmicos para mantener el aspecto original,
así como las propiedades nutritivas y organolépticas deseables. Por esta razón,
la industria alimentaria ha impulsado el desarrollo y la innovación de procesados
no térmicos como la alta presión hidrostática, los campos magnéticos
oscilantes, los campos de alta intensidad de pulsos eléctricos, los pulsos lumínicos
intensos, la irradiación y los aditivos químicos y bioquímicos con el
objetivo de lograr la inactivación de los microorganismos sin causar cambios
significativos en el sabor y las características nutricionales.
La implementación comercial de estas nuevas tecnologías responde a la demanda
de consumidores que prefieren alimentos frescos o mínimamente procesados,
en contraste con los alimentos producidos por tratamientos convencionales
tales como la pasteurización y la esterilización térmica o uperización.
Ejemplos de productos frescos, seguros y mínimamente procesados
© FUOC • P09/B0552/00246 34 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
Los tratamientos no térmicos mantienen intactas las características nutritivas
y organolépticas de los alimentos.
2.1. Alta presión
El potencial de la alta presión para conservar alimentos se conoce desde finales
del siglo XIX. Durante mucho tiempo, los problemas tecnológicos derivados
de la manipulación a tan elevadas presiones supusieron un freno para el desarrollo
de esta técnica, pero gracias a los avances en la utilización de técnicas
de alta presión en la industria cerámica y metalúrgica durante los años setenta
y ochenta se abrió la posibilidad de tratar alimentos por este método a escala
industrial.
Se entiende por alta presión la tecnología con la que se tratan los materiales
a presiones entre 100 y 1.000 MPa. Actualmente, existen dos procedimientos:
la presión dinámica, todavía no utilizada a escala industrial, y la presión estática,
que es la que hoy tiene aplicación práctica (López y otros, 2005). En
la alta presión dinámica el incremento de presión se origina en un tiempo
muy corto (milésimas de segundo) como consecuencia de una explosión que
genera una onda de choque (> 100 MPa), denominada onda de choque hidrodinámica.
Esta tecnología consigue la inactivación de microorganismos y el
ablandamiento de ciertos tejidos, como la carne, por ruptura de la estructura
celular (Knorr, 2000). En cambio, la aplicación de la alta presión estática se
basa en someter un producto a elevados niveles de presión hidrostática (100-
1.000 MPa) de forma continua durante un cierto tiempo (Knorr, 2000).
2.1.1. Alta presión hidrostática
La alta presión hidrostática se rige, fundamentalmente, por dos principios:
• Le Chatelier enuncia que cualquier fenómeno acompañado de disminución
de volumen sufre un incremento al aumentar la presión y viceversa.
• La ley de Pascal, según la cual una presión externa aplicada a un fluido
confinado se transmite de forma uniforme e instantánea en todas las direcciones.
De acuerdo con este último principio, esta tecnología puede aplicarse directamente
a alimentos líquidos o a cualquier producto envasado sumergido en un
fluido de presurización (de baja compresibilidad). La presión aplicada al sistema
permitiría un tratamiento isostático y uniforme independientemente del
tamaño, forma y volumen del material procesado. El efecto de las altas presiones
hidrostáticas puede resumirse en los siguientes puntos: disminución de
la síntesis de ADN, aumento de la permeabilidad de las membranas celulares
y desnaturalización de biopolímeros y proteínas, incluida la inactivación de
© FUOC • P09/B0552/00246 35 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
enzimas por cambios en la estructura intramolecular (>300 MPa). Estos hechos
pueden afectar, en mayor o menor grado, a la viabilidad de los microorganismos
y a otros agentes alterantes así como modificar los componentes de los
alimentos y cambiar las características organolépticas de los mismos (Knorr,
2000; Smelt, 1998). En cuanto a los efectos en los componentes y características
de los alimentos, en las condiciones habituales de procesado, no se afectan
enlaces covalentes y puede decirse que no se alteran los aromas ni el valor nutritivo
de los alimentos. Sin embargo, sí se pueden producir cambios de color y
de apariencia, así como modificaciones en los atributos de textura, aunque los
efectos varían de unos alimentos a otros. La tabla siguiente muestra las condiciones
generales de presión en las que se producen estos efectos aunque, en
la práctica, son muy variables según el alimento tratado y cada caso requiere
un estudio completo.
Efectos principales del tratamiento de alta presión en los alimentos
Presión Efectos
200.MPa • Influencia sobre la cinética enzimática
• Modificación de las propiedades físicas de las proteínas
• Alteración de la membrana de los microorganismos
300.MPa • Inactivación enzimática irreversible
• Muerte de los microorganismos
>.400.MPa • Gelificación de los almidones
• Desnaturalización de las proteínas
>.500.MPa • Muerte de las esporas bacterianas
• Inactivación de las enzimas
Aunque inicialmente la aplicación de altas presiones hidrostáticas se realizó,
fundamentalmente, con fines de conservación, diversas investigaciones han
puesto en evidencia su enorme potencial de transformación en la elaboración
de diversos productos.
Usos de las altas presiones hidrostáticas en la industria alimentaria
La aplicación de las altas presiones hidrostáticas permite obtener distintos tipos de geles
de pescado, carne, huevo y leche. Asimismo, esta tecnología acelera la difusión de
solutos en diversos alimentos, la solubilización de gases y los procesos de extracción. La
posibilidad de utilizar altas presiones para mantener alimentos a temperaturas inferiores
a 0 °C en estado líquido (a 207,5 MPa, el agua permanece liquida a temperaturas de -22
°C) o para inducir una congelación y descongelación ultrarrápida constituye un nuevo y
prometedor campo de estudio y aplicación en la industria alimentaria (Cheftel, 2002).
© FUOC • P09/B0552/00246 36 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
Equipo de alta presión estática
La alta presión estática se basa en someter un producto a elevados niveles
de presión hidrostática de forma continua durante un cierto tiempo.
Este tratamiento puede aplicarse directamente a alimentos líquidos o a
cualquier producto envasado sumergido en un fluido de presurización.
Actualmente se utiliza para obtener distintos tipos de geles de pescado,
carne, huevo y leche, para la difusión de solutos en diversos alimentos,
para la solubilización de gases y para los procesos de extracción, entre
otros.
2.2. Ultrasonidos
Los ultrasonidos pueden definirse como ondas acústicas inaudibles de una frecuencia
superior a 20 kHz. Tradicionalmente se han utilizado los ultrasonidos
para la conservación de los alimentos. El efecto conservador de los ultrasonidos
está asociado a los fenómenos complejos de cavitación gaseosa, que explican
la generación y evolución de microburbujas en un medio líquido. La
cavitación se produce en aquellas regiones de un líquido que se encuentran
sometidas a presiones de alta amplitud que alternan rápidamente. Durante la
mitad negativa del ciclo de presión, el líquido se encuentra sometido a un esfuerzo
tensional y durante la mitad positiva del ciclo experimenta una compresión.
El resultado es la formación interrumpida de microburbujas cuyo tamaño
aumenta miles de veces (se expanden) en la alternancia de los ciclos
de presión. Las microburbujas que alcanzan un tamaño crítico implosionan
o colapsan violentamente para volver al tamaño original. La implosión supone
la liberación de toda la energía acumulada y ocasiona incrementos de temperatura
instantáneos y focales que se disipan sin que supongan una elevación
sustancial de la temperatura del líquido tratado. Sin embargo, la energía
liberada, así como el choque mecánico asociado al fenómeno de implosión,
afecta a la estructura de las células situadas en el microentorno. El efecto de
los ultrasonidos sobre los agentes alterantes de los alimentos es limitado y depende
de múltiples factores, por lo que su aplicación se ha encaminado hacia
la combinación, simultánea o alterna, con otras técnicas de conservación. La
aplicación de ultrasonidos y tratamientos térmicos suaves (< 100 °C, habitualmente
entre 50 °C y 60 °C) ha dado lugar al procedimiento denominado termoultrasonicación.
La combinación con incrementos de presión (< 600 MPa) se
denomina manosonicación, mientras que las tres estrategias de forma conjun-
© FUOC • P09/B0552/00246 37 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
ta se conocen como manotermosonicación (McClements, 1995; Knorr y otros,
2000). Estas combinaciones han resultado ser muy útiles en la inactivación de
microorganismos y enzimas especialmente resistentes al calor.
Usos de la manosonicación y de la manotermosonicicación en la industria
alimentaria
La manosonicación y la manotermosonicación son particularmente eficaces en la esterilización
de mermeladas, huevo líquido y en general para prolongar la vida útil de los
alimentos líquidos (Vercet y otros, 2001). La ultrasonicación de forma aislada es eficaz
en la descontaminación de verduras crudas y de huevos enteros sumergidos en medios
líquidos. Aunque tradicionalmente se han utilizado los ultrasonidos para la conservación
de los alimentos, es importante destacar su éxito en el ablandamiento de las carnes y,
más conocido y extendido, su éxito en sistemas de emulsificación y homogenización así
como en la limpieza de distintos equipos (McClements, 1995; Knorr y otros, 2000). Además,
ondas ultrasónicas de baja energía (de 100 kHz a 1 MHz) se utilizan para evaluar las
características y la calidad de diversos productos. En este campo se encuentra el diseño
de distintos equipos para determinar el tiempo óptimo de curado de quesos y para estandarizar
las características del producto comercializado, así como sistemas para evaluar
el contenido graso, in vivo o post mortem, de estructuras musculares y la composición y
textura de productos concretos como por ejemplo la sobrasada (Llull y otros, 2002; Mulet
y otros, 2003).
Los ultrasonidos se han utilizado tradicionalmente para la conservación
de los alimentos, pero es importante destacar su éxito en el ablandamiento
de las carnes y, más conocido y extendido, su éxito en sistemas
de emulsificación y homogenización así como en la limpieza de distintos
equipos. Aunque el tratamiento con ultrasonidos resulta un método
eficaz en la tecnología de los alimentos es difícil que constituyan por sí
mismos una tecnología de conservación debido al escaso efecto de las
ondas sobre los microorganismos y enzimas. Sin embargo, y según los
resultados obtenidos hasta el momento, parece que, cuando se combinan
los ultrasonidos con temperatura y presión o ambos, pueden llegar
a ser una tecnología alternativa a los tratamientos térmicos convencionales.
Se utilizan también para el ablandamiento de las carnes y para
emulsificar y homogenizar.
2.3. Irradiación ionizante
La irradiación ionizante es una unidad de proceso basada en la radiación ionizante
con efecto transformador y conservador de alimentos. En el sistema
internacional, la dosis absorbida se mide en gray (Gy), que es el equivalente
a la absorción de un julio por kilogramo de masa tratada. Los tipos de fuentes
de radiación ionizante apropiados para la irradiación de alimentos son los
siguientes:
• Radiación gamma procedente de los radionúclidos cobalto-60 y cesio-137.
• Rayos X generados por aparatos que funcionen con una energía nominal
igual o menor a 5 MeV.
© FUOC • P09/B0552/00246 38 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
• Electrones acelerados generados por aparatos que funcionen con una energía
nominal igual o menor a 10 MeV (Real Decreto 348/2001).
Este tipo de tratamientos pueden producir un efecto primario, derivado de la
ruptura y pérdida de estabilidad de los átomos y moléculas o ambos, que conduce
a la formación de iones y radicales libres y un efecto secundario derivado
de la combinación y dimerización de los iones y radicales libres, formados para
dar lugar a nuevas moléculas o compuestos. El efecto conjunto (primario más
secundario) se denomina radiólisis y los nuevos compuestos resultantes, productos
radiolíticos. En diversas investigaciones se ha puesto en evidencia que,
cuando la dosis absorbida es ¡Ü a 10 kGy, la formación de compuestos radiolíticos
no supone riesgo para la salud. La radiólisis produce alteraciones del ADN y
la formación de radicales a partir de las moléculas de agua con elevado potencial
reductor y oxidante. Estos dos hechos son fundamentales para explicar el
efecto conservador de este tratamiento y la afectación sensorial del alimento.
Efectos principales del tratamiento de irradiación en los alimentos según
la Organización Mundial de la Salud
Dosis media absorbida Efectos
Dosis.baja.(hasta.1.kGy) • Retarda los procesos biológicos (maduración y senescencia)
de frutas frescas y hortalizas.
• Elimina insectos y parásitos en diversos alimentos.
Dosis.media.(hasta.10.kGy) • Reduce microorganismos patógenos y alterantes de
diferentes alimentos.
• Mejora las propiedades tecnológicas de los alimentos.
Dosis.alta.(superior.a.10.kGy) • Esterilización comercial (generalmente en combinación
con tratamientos térmicos suaves) de diversos
alimentos.
La irradiación ionizante no es aplicable a todos los productos y puede registrar
pérdidas de vitaminas, en particular de la vitamina A y en menor medida de las
vitaminas B y E. Además, no destruye algunas toxinas de origen bacteriológico
y no desactiva enzimas. Los cambios químicos, generalmente asociados con la
presencia de radicales libres, pueden dar lugar a alternaciones organolépticas
inaceptables en ciertos alimentos sensibles o en alimentos sometidos a dosis
altas.
© FUOC • P09/B0552/00246 39 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
Alimentos irradiados en una cadena de procesamiento y logo de la irradiación
En todo el mundo, más de 41 países han aprobado el uso de la irradiación para
más de sesenta productos alimentarios. No obstante, la falta de información
sobre esta tecnología y sus beneficios ha provocado confusiones y malentendidos,
que han limitado la adopción de este procedimiento en la mayoría de
países europeos.
Los sistemas de irradiación se han consolidado en los Estados Unidos pero no en Europa.
Desde hace años se ha considerado la irradiación como un sistema útil
para la reducción de la contaminación de los alimentos por patógenos.
Pese a ello, su uso es todavía restringido. Varios son los motivos que han
limitado hasta la fecha su aplicación a los alimentos que consumimos
habitualmente.
2.4. La radiación ultravioleta y los pulsos de elevada intensidad
ultravioleta
La radiación ultravioleta (UV-C) es una unidad de proceso utilizada para secar
los productos (método que actualmente se sigue empleando en países cálidos
en desarrollo) y para dañar el ADN microbiano, lo que impide la multiplicación
y la viabilidad de sus células. De modo general, puede decirse que afecta
tanto a las bacterias como a sus esporas, así como a los virus, y sirve como
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método de desinfección alternativo a los desinfectantes químicos, que dejan
residuos en el producto final, con el consiguiente riesgo para la salud de los
consumidores.
El sistema que con más frecuencia se aplica en la actualidad es un sistema continuo,
donde unos emisores de radiación, que se encuentran encendidos permanentemente,
aplican radiación ultravioleta sobre agua o sobre un alimento
líquido o en polvo.
Usos de la radiación ultravioleta en la industria alimentaria
La radiación UV-C con longitudes de onda de 200-280 nm ha aparecido como buena
alternativa para la desinfección de frutas y hortalizas que se van a almacenar (Callejas y
otros, 2008) o que se van a procesar con posterioridad (Callejas y otros, 2008) y constituye
una alternativa emergente y sostenible. Hasta ahora los alimentos se lavaban con agua
clorada, cuya eficacia es a veces limitada. Además, algunos constituyentes del producto
tratado pueden reaccionar con el cloro y formar compuestos derivados potencialmente
peligrosos para la salud como los cancerígenos trihalometanos o las cloraminas. Además,
el NaClO, incluso a baja concentración, puede causar olor y sabor extraño en determinados
productos mínimamente procesados en fresco. Por ello, las UV-C aparecen como
alternativas de desinfección de estos productos para preservar la seguridad alimentaria
de los consumidores (Callejas y otros, 2008).
Otro uso potencial de la radiación ultravioleta que aparece como una tecnología alternativa
de interés se da en el campo de las conservas, por ejemplo. La mayoría de las conservas
y semiconservas alimenticias se tratan de forma térmica, normalmente a temperaturas
variables que oscilan entre los 60 °C y los 140 °C durante pocos segundos o minutos.
Durante ese tiempo se transfiere una gran cantidad de energía al alimento, lo que implica
modificaciones en el aspecto y en la aparición de aromas de calentado o cocido. El
uso de la radiación ultravioleta disminuye el riesgo de modificaciones y la aparición de
estos aromas. Otro grupo de alimentos con posibilidades es el de las harinas en general.
Normalmente es un alimento que no recibe tratamiento térmico, puesto que supondría
una modificación del mismo y una pérdida nutricional. La aplicación de ultravioletas
podría reducir la contaminación de microorganismos en los cereales y en las harinas,
pero permitiría especialmente la descontaminación de productos que poseen patógenos
como el Bacillus cereus.
Podría también tener interés en la reducción de la contaminación de todas aquellas materias
primas que se emplean en la fabricación de alimentos para niños, especialmente
para los bebés, donde no es aceptable la presencia, aunque sea en pequeñas cantidades,
de microorganismos en general y, de manera particular, de los pertenecientes al grupo
de las coliformes.
No obstante, el intento de conseguir la desinfección de la superficie de canales y de carne,
sobre todo por su facilidad de uso, la escasa toxicidad para los manipuladores y el precio
normalmente bajo, ha demostrado que induce la generación de componentes que inician
la oxidación del alimento. Por este motivo, se está empleando un sistema de emisión de
luz de elevada intensidad, pero de forma intermitente, no continua (Dunn, 1996). En este
caso el secreto está en la aplicación de pulsos de una duración máxima de 0,1 segundos,
aunque normalmente los tiempos medios son de cien microsegundos, pero con picos
de energía muy elevada. El escaso tiempo de exposición limita la presentación de estas
sustancias, lo que permite evitar este efecto secundario indeseable. Tras el análisis de
los alimentos tratados con pulsos de elevada intensidad de ultravioletas, no se detectan
modificaciones químicas del producto, lo que indudablemente permite que el alimento
sea estable durante más tiempo, no manifieste cambios en sus características y mantenga
el poder nutritivo (Fine y Gervais, 2004).
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La capacidad de la radiación ultravioleta para la destrucción de microorganismos
es muy conocida. Posee la propiedad de afectar, entre otras
estructuras, al material genético de los microorganismos, lo que impide
la multiplicación y la viabilidad de sus células. De modo general, puede
decirse que afecta tanto a las bacterias como a sus esporas, así como a los
virus. Otra aplicación potencial de la radiación ultravioleta aparece en
el campo de las conservas, las harinas en general y las materias primas
empleadas en la alimentación para niños, así como en la desinfección
de frutas, hortalizas, agua, alimentos líquidos y en polvo.
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3. Elaboración de alimentos mediante procesos
térmicos
La aplicación de calor a los alimentos se remonta a los tiempos en los que el ser
humano descubrió cómo hacer fuego y observó empíricamente los beneficios
que esta práctica aportaba. Del mismo modo, el secado por aire caliente es,
desde hace muchos años, la técnica elegida para deshidratar alimentos.
Actualmente, el procesamiento térmico con altas temperaturas es uno de los
tratamientos que hacen posible la existencia de productos sanos de larga vida
comercial, pero a la vez productos más sabrosos y apetecibles. El uso del
calor persigue destruir microorganismos (bacterias, virus y parásitos) con la
finalidad de obtener productos más sanos, conseguir productos que tengan
una vida comercial más larga y disminuir la actividad de otros factores que
afectan a la calidad de los alimentos como determinadas enzimas. En general,
cuanto mayor es el tratamiento térmico, mayor número de gérmenes se destruyen,
ya que, al someter los microorganismos a una temperatura superior
a la que crecen, se consigue la coagulación de las proteínas y la inactivación
de las enzimas necesarias para el metabolismo normal y esto les provoca la
muerte o lesiones subletales. Por lo tanto, las temperaturas altas aplicadas en
los alimentos actúan impidiendo la multiplicación de los microorganismos,
causando la muerte de sus formas vegetativas o destruyendo las esporas formadas
por ciertos microorganismos como mecanismo de defensa frente a las
agresiones externas. Cuanto mayor sea la cantidad de microorganismos que
se encuentren en el alimento, más tiempo se tardará en reducir el número de
supervivientes a un valor determinado. Por eso, el sistema de preparación de
cada producto precisa de diferentes combinaciones de tiempo y temperatura.
No obstante, la finalidad de algunos tratamientos térmicos es conseguir unos
alimentos más sabrosos y apetecibles, modificando las características físicoquímicas,
provocando una coagulación de las proteínas, una restructuración
de los almidones, una mejora en la textura, así como la creación de aromas
que potencien el flavour del producto.
Dado que los tratamientos térmicos con alta temperatura se asocian a efectos
negativos como la pérdida de vitaminas y minerales, la formación de componentes
indeseables debido a la temperatura o una pérdida de la frescura global
del producto (Ohlsson, 2002), ha habido un importante desarrollo de los procesos
tecnológicos utilizados para tratar los alimentos por calor durante el siglo
XX. Entre ellos podemos destacar los procesos del tipo HTST (high temperature
short time) como la pasteurización o la esterilización y otros procesos como las
microondas, la radiación por infrarrojos, la cocción al vacío, el calentamiento
óhmico o las tecnologías por descompresión instantánea controlada.
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3.1. El escaldado
El escaldado es una unidad de proceso con calor suave. Su objetivo es inactivar
las enzimas alterantes y destruir algunos microorganismos a modo de
paso previo de otros procesos de conservación como la congelación. El escaldado
consiste en someter el producto a un calentamiento, generalmente por
inmersión en agua a 85-100 °C o en vapor de agua a 100 °C durante un tiempo
breve, para reducir el número de microorganismos contaminantes, principalmente
mohos, levaduras y formas bacterianas vegetativas de la superficie de
los alimentos y así contribuir, por lo tanto, al efecto conservador de operaciones
posteriores.
El objetivo principal del escaldado es inactivar los sistema enzimáticos responsables
de las alternaciones de calidad sensorial (aparición de olores y sabores
extraños) y nutricional (pérdida de vitaminas) que se produce durante la conservación.
Además, el escaldado tiene una serie de ventajas secundarias, ya
que destruye las formas vegetativas de los microorganismos existentes en las
superficies de los productos, completa la acción del lavado, elimina los restos
de plaguicidas, mejora el color de los vegetales verdes y elimina sabores extraños.
La duración del escaldado varía según el método empleado, la variedad
del producto, sus dimensiones, el estado de madurez y principalmente la temperatura
a la que se lleva a cabo. Las oxidasas, peroxidas, catalasas y lipoxinasas
quedan destruidas por el calor durante el escaldado y su eficacia se verifica
controlando la actividad de la peroxidas y catalasa dada una mayor termorresistencia.
Para una óptima calidad del producto, se recomienda escaldarlo
hasta los siguientes niveles de actividad peroxidásica inicial: los guisantes un
2-6,3% según la variedad, las judía verde un 0,7-3,2%, la coliflor un 2,9-8,2%
y las coles de Bruselas un 7,5-11,5%. La medida de actividad de la lipoxigenasa
ha sido propuesta como un indicador del escaldado adecuado y la relación
entre la máxima actividad de la lipoxigenasa residual y la alta calidad mínima
recomendada es del 10% para el guisante, del 20% para la judía verde y del
0% para las coles de Bruselas.
Uso del escaldado en frutas y verduras
Se aplica a frutas y verduras para, además de fijar el color, inactivar las enzimas alterantes
y destruir algunos microorganismos a modo de paso previo de otros procesos de conservación
como la congelación. Esta manipulación no constituye un método de conservación,
sino un tratamiento aplicado en las manipulaciones de preparación de la materia
prima. En el caso particular de las frutas y verduras, el calentamiento durante el escaldado
mata las células, solubiliza las sustancias pépticas y causa cambios irreversibles en
la estructura celular y en las características mecánicas de los tejidos vegetales. Al mismo
tiempo se produce la desnaturalización proteica y la pérdida de sustancias solubles como
vitaminas, sales minerales o azúcares. Los cloroplastos y cromoplastos se hinchan y se
desintegran, los carotenos y las clorofilas se difunden en la célula y en el medio de escaldado,
tal como ocurre de forma análoga con los gránulos de almidón al producirse la
solubilización y gelatinización que acaba ocupando finalmente todo o parte del citoplasma
celular. Los efectos negativos del escaldado de frutas y verduras son la modificación
permanente de la estructura vegetal, la solubilización y destrucción de nutrientes y vitaminas
en el medio de escaldado y las modificaciones de color debido a la transformación
de las clorofilas en feofitinas.
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Métodos.de.escaldado.mixto
La utilización de microondas seguida de la inmersión en agua caliente reduce
la duración del escaldado de productos como patatas y coles de Bruselas y así
se obtienen productos en los que la textura es más homogénea y aceptable y la
retención de vitamina C, más elevada que con el escaldado convencional. De
este modo, zanahorias y judías verdes escaldadas con microondas muestran
una actividad residual menor de peroxidasas, una mejor textura, una mayor
retención de ácido ascórbico y carotenoides totales que las tratadas con escaldados
convencionales. Tratamientos coadyuvantes al escaldado como la disminución
del pH mediante la adición al agua de ácido cítrico en una proporción
del 0,5% aumentan la sensibilidad al calor de los sistemas enzimáticos
y permiten disminuir la duración del escaldado de las alcachofas entre un 20
y un 30%, por ejemplo. Sin embargo, esta acidificación no puede aplicarse
de forma generalizada, ya que favorece la transformación de la clorofila en
feofitina, lo que ejerce una influencia negativa sobre el color de los vegetales
verdes. Por el contrario, la adición de sales como cloruros y sulfatos sódicos
o potásicos no modifica el pH pero reduce ampliamente la transformación de
clorofila en feofitina en las espinacas y las coles de Bruselas. Un método para
mejorar la retención del olor y la textura de los vegetales mediante el escaldado
consiste en realizarlo en una solución acuosa con cinc durante un tiempo
igual o menor a tres minutos y con una concentración mayor o igual a 500
ppm. Esta adición de aditivos al agua de escaldado con el fin de mejorar la
calidad de las hortalizas congeladas o de retener las sustancias solubles debe
ser objeto de un análisis concienzudo en el que se estudien las posibles repercusiones
a favor o en contra de su aplicación.
El escaldado es un tratamiento térmico suave al que se somete el producto
durante un tiempo más o menos largo a una temperatura inferior
a los 100 °C. Se aplica antes del procesado para destruir la actividad enzimática
de frutas y verduras, para reducir el número de microorganismos
contaminantes, principalmente mohos, levaduras y formas bacterianas
vegetativas de la superficie de los alimentos y para fijar el color
o disminuir el volumen antes de la congelación. Esta manipulación no
constituye un método de conservación, sino un tratamiento aplicado
en las manipulaciones de preparación de la materia prima.
3.2. La pasteurización
La pasteurización es un proceso térmico relativamente suave, con temperaturas
menores a los 100 °C y que contribuye a conservar el alimento sobre el que
se aplica siempre que se mantenga posteriormente refrigerado, como la leche,
o que se complemente con otro método de conservación. Cuanto mayor sea
la temperatura, menor será el tiempo de aplicación y viceversa. Este método,
que conserva los alimentos por inactivación de las enzimas y por destrucción
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de los microorganismos patógenos y ocasionalmente los alterantes si no son
muy termorresistentes, provoca cambios mínimos tanto en el valor nutritivo
como en las características organolépticas del alimento.
La intensidad del tratamiento y el grado de prolongación de su vida útil se
ven determinados principalmente por el pH. El objetivo principal de la pasteurización
aplicada a los alimentos de baja acidez (pH superior a 4,5) es la
destrucción de las bacterias patógenas, mientras que en los alimentos de pH
inferior a 4,5 se persigue la destrucción de los microorganismos causantes de
su alteración y la inactivación de las enzimas. Los tiempos y las temperaturas
de tratamiento varían según el producto y la técnica de pasteurización. Hay
un método de temperatura alta y tiempo corto (pasteurización alta) en el que
la temperatura es de 71,7 °C y el tiempo de quince segundos, así como otro
de temperatura baja y tiempo largo en el que la temperatura alcanza los 62,8
°C durante treinta minutos (Fellows, 1994).
La pasteurización de la leche
En el caso particular de la leche (entera, desnatada o semidesnatada), la pasteurización
asegura la destrucción de gérmenes patógenos y la reducción de la flora banal, sin modificar
sensiblemente su naturaleza físico-química ni las características biológicas y las
cualidades nutritivas. El tratamiento consiste en la limpieza de la leche, el calentamiento
posterior en un intervalo corto de tiempo (de 72 °C a 78 °C entre quince y veinte segundos),
la refrigeración inmediata a menos de 4 °C, el envasado y la conservación en una
cámara frigorífica a menos de 6 °C. Así, se garantiza la conservación de la leche para el
consumo durante varios días, siempre que se mantenga bajo refrigeración.
La pasteurización es un tratamiento relativamente suave (temperaturas
normalmente inferiores a los 100 °C) que se utiliza para prolongar la
vida útil de los alimentos durante varios días, como en el caso de la
leche, o incluso meses, como en la fruta embotellada.
3.3. La esterilización y la uperización
La esterilización es un proceso térmico por el que el alimento se somete a
temperaturas de entre 115 °C y 127 °C. Para alcanzarlas, se utilizan autoclaves
o esterilizadores. El proceso se debe mantener un cierto tiempo (en algunos
alimentos hasta veinte minutos) y la temperatura afecta al valor nutricional
(se pueden perder algunas vitaminas) y organoléptico de ciertos productos. Al
realizar un tratamiento esterilizante hay que tener en cuenta algunos factores,
como el pH del alimento y la termorresistencia de los microorganismos o las
enzimas. Sin embargo, una vez abierto el envase esterilizado, los alimentos
deben conservarse a temperaturas de refrigeración (de 0 °C a 5 °C) durante
un tiempo limitado que dependerá del producto. Actualmente este tipo de
tratamiento apenas se utiliza y ha sido reemplazado por el UHT (Ultra High
Temperature) o uperización.
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La uperización o esterilización UHT es un proceso térmico basado en utilizar
altas temperatura (de 135 °C a 150 °C durante entre uno y tres segundos).
Cada vez se utiliza más, ya que su repercusión sobre el valor nutricional y
organoléptico de los alimentos es menor que la esterilización convencional.
Usos de la uperización
La uperización se utiliza en la leche, zumos de frutas y concentrados, nata y otros muchos
productos a los que les alarga la vida útil como mínimo tres meses, sin que para ello se
requiera refrigeración; en algunos casos se puede prolongar entre dos a cinco años en
función del tipo de alimento y del tratamiento aplicado. Los productos uperizados (igual
que los esterilizados) no precisan ser conservados en frío una vez envasados. Sin embargo,
una vez abierto el envase, los alimentos deben conservarse a temperaturas de refrigeración
(entre 0 °C y 5 °C) durante un tiempo limitado que dependerá del producto. En el
caso particular de la leche, el proceso de la leche UHT o de larga duración consiste en someter
el producto a temperaturas muy elevadas (de 140 °C a 150 °C) durante un espacio
de tiempo muy breve (de uno a cinco segundos) de modo que, además de lograr la total
esterilidad con muy pocas modificaciones del producto, se reduce al mínimo la posibilidad
de posteriores transformaciones químicas, físicas y organolépticas del alimento. El
tiempo válido para el consumo (de varios meses) es mucho mayor que en la pasteurizada.
La uperización o UHT (temperatura alrededor de los 140 °C) es el sistema
de esterilización más moderno. Se aplican aproximadamente 140°,
generalmente por medio de vapor, durante muy pocos segundos. El alimento
queda totalmente esterilizado y la pérdida nutritiva es inferior
que en la esterilización tradicional. No hay cambios de sabor o color.
3.4. Cocción
La cocción es un proceso térmico por el que el alimento se somete a temperatura
para que sea más sabroso y apetecible, lo que favorece también la conservación.
La mayoría de las frutas y muchas verduras pueden comerse crudas, así
como en determinados casos la carne, el pescado y los huevos; sin embargo,
la mayoría de los productos se cuecen. Durante la cocción se modifican los
componentes físicos y bioquímicos del alimento, ya sea por ablandamiento,
coagulación, hinchamiento o disolución.
Ejemplo
Así, por ejemplo, con la cocción de las verduras hay una destrucción de la pectina y un
ablandamiento de la estructura. Con la cocción de carnes y pescados, se modifica el color,
se aumenta la jugosidad, se destruye el tejido conjuntivo para aumentar la ternura y se
coagulan las proteínas. Además, se desarrollan sabores, sobre todo con sabores ácidos y
amargos. En el caso de los panes y la bollería, la cocción produce básicamente un hinchamiento
del producto. Con fines conservativos, la cocción destruye los microorganismos
sensibles a las altas temperaturas.
Lo más difícil es lograr la cocción de las partes internas de los alimentos y
conseguir que el procedimiento sea letal para los agentes patógenos. Esto depende
del espesor del alimento que se está cociendo, de la temperatura y de
la duración de la cocción. Los métodos de cocción que se emplean con más
frecuencia son el horneo y la fritura en aceite.
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El.horneo
El horneo es una unidad de proceso en la que se emplea aire caliente para modificar
las características organolépticas de los alimentos con objeto de mejorar
la palatabilidad y de ampliar la variedad de sabores, aromas y texturas de la
dieta. El horneo posee un objetivo secundario, que es la conservación del alimento
por destrucción de la carga microbiana y por reducción de la actividad
del agua en la superficie debido a la deshidratación, es decir, la disminución
de la disponibilidad de agua, importante para el desarrollo de los microorganismos
(Fellows, 1994). No obstante, la vida útil de la mayor parte de los alimentos
sometidos a esta operación es corta si no se complementa mediante
la refrigeración o el envasado.
En el horno, el calor pasa al alimento por radiación desde las paredes, por convección
del aire circulante y por conducción a través de la bandeja sobre la que
descansa. Si bien en algunos tipos de alimentos, como en algunos pasteles, el
calor se transmite en los primeros momentos del horneo, en el caso de la convección,
la mayor parte del intercambio calórico se produce por conducción.
La radiación infrarroja queda absorbida por el alimento y se convierte en calor
por interacción con las moléculas de sus componentes. El aire y otros gases
además del vapor de agua transmiten el calor en el horno por convención.
En la superficie del alimento y en las paredes del horno el calor se convierte
en calor de conducción. El alimento se halla recubierto por una delgada capa
de aire que dificulta la transmisión del calor hacia el interior y la eliminación
del vapor de agua. Las corrientes de convención dentro del horno favorecen
la distribución uniforme del calor.
Al introducir un alimento en un horno, el agua de la superficie se evapora y el
aire caliente la arrastra. La baja humedad relativa en el horno crea un gradiente
de presión de vapor que impulsa el paso del agua desde el interior del alimento
hasta la superficie. La velocidad de evaporación en un alimento determinado
depende del alimento en cuestión y de la velocidad de calentamiento. La superficie
de éste se deseca y su temperatura acaba igualándose a la del aire del
horno (110-240 °C) por lo que se forma la corteja.
Los aromas desarrollados durante el horneo constituyen una característica organoléptica
importante de los productos cocidos. Los aromas que se producen
son diferentes de acuerdo con el tipo de azúcar, la composición en grasas y
aminoácidos de las capas superficiales del alimento, así como la temperatura y
el tiempo de calentamiento, igual que el contenido en agua durante el mismo
proceso.
Ejemplo de aplicación en la industria alimentaria
El horneo se aplica normalmente a frutas, alimentos harinosos, carnes, nueces diversas
y verduras.
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La.fritura.en.aceite
La fritura es una unidad de proceso destinada a modificar las características
organolépticas del alimento. Un objetivo secundario de la fritura es el efecto
conservador que se obtiene por destrucción térmica de los microorganismos
y enzimas presentes en el alimento y por reducción de la actividad de agua
en la superficie del mismo o en toda su masa. La vida útil de los alimentos
sometidos a fritura depende esencialmente del contenido en agua residual.
La vida útil de aquellos que tras la fritura retienen un contenido en agua relativamente
elevado (donuts, pescado, pollo y derivados empanados o rebozados)
es relativamente corta debido a la migración de agua y aceites que se
produce durante el almacenamiento. Aunque este tipo de alimentos no suele
elaborarse a escala industrial para su distribución a minoristas, es importante
en las industrias de cáterin, ya que, y si es preciso, pueden conservarse en refrigeración
durante algunos días. Aquellos alimentos sometidos a procesos de
fritura más intensos (patatas fritas, aperitivos de maíz y patata) se conservan
hasta doce meses a temperatura ambiente. Cuando un alimento se sumerge en
aceite caliente, su temperatura aumenta en la superficie y empieza a deshidratarse.
Se forma una corteza y el frente de evaporación va trasladándose hacia
el interior del producto. La temperatura de la superficie del alimento alcanza
la del aceite caliente y la interna aumenta lentamente hasta alcanzar los 100
°C. Las velocidades de transferencia de calor al alimento dependen de la diferencia
de temperaturas entre éste y el aceite y del coeficiente de conductividad
térmica superficial.
El tiempo requerido para freír un determinado alimento depende del tipo de
alimento, de la temperatura del aceite, del sistema de fritura (superficial o por
inmersión), del grosor del alimento y de los cambios que se pretende conseguir.
El efecto de la fritura sobre los alimentos incluye el efecto sobre el aceite y
el efecto del calor sobre el alimento sometido a la fritura. El principal objetivo
de la fritura consiste en conseguir que el alimento adquiera en la capa superficial
una textura determinada y un color, aroma y buqué característicos. También
tiene influencia la cantidad de aceite que el alimento retiene. La textura
de los fritos se debe a cambios que se producen en las proteínas, grasas y carbohidratos
estructurales, semejantes a los que tienen lugar durante el horneo.
3.5. Las microondas
Las microondas son ondas energéticas con frecuencias entre 300 y 30.000 MHz
que forman parte del rango electromagnético y que, cuando son transferidas
a materiales que interaccionan con ellas, se manifiestan en forma de calor.
Al exponer un alimento a las microondas (frecuencias de 2.450 MHz y 915
MHz), se produce una fricción intermolecular resultante del movimiento de las
cargas eléctricas de moléculas como el agua y las sales minerales (componentes
© FUOC • P09/B0552/00246 49 Procesos tecnológicos de elaboración de nuevos alimentos: tecnología...
polares e ionizables) por fuerzas de atracción y repulsión, bajo la influencia
del campo eléctrico aplicado. Esto supone una generación interna de calor que
asegura un calentamiento volumétrico del producto (Casp y Abril, 1999).
Usos de las microondas en la industria alimentaria
Además de los usos bien conocidos en el ámbito doméstico para calentar, cocinar y descongelar,
se han desarrollado diversos equipos industriales que han ampliado enormemente
el rango de aplicación de las microondas en los alimentos. Así, las microondas
se han utilizado durante los últimos años en aplicaciones como el proceso de secado durante
la fabricación de pasta, el escaldado de vegetales y la pasteurización de alimentos
envasados. Quizás el uso industrial más exitoso es la utilización de las microondas para
elevar la temperatura de piezas congeladas de carne, pescado, aves, verduras y frutas. Durante
este proceso, piezas que se encuentran a -20°C deben pasar a -5 °C o a -2°C con el
objetivo de facilitar, así, el troceado o fileteado para un posterior empaquetado y comercialización.
Tradicionalmente, el proceso se llevaba a cabo dejando los productos en cámaras
climáticas durante varios días, lo cual provocaba pérdidas de líquidos como sangre
y soluciones de proteínas, así como una merma importante de la calidad. Sin embargo,
cuando se utilizan las microondas para este fin, el proceso es muy rápido. Por ejemplo,
en piezas de diez a cuarenta kilogramos se consigue alcanzar la temperatura requerida
en cinco o diez minutos.
Del mismo modo, en la industria láctea, las microondas se utilizan para el tratamiento
de la mantequilla congelada, que debe mantenerse congelada a muy baja temperatura
hasta el troceado y posterior comercialización para evitar el desarrollo de la rancidez. Un
método eficaz para elevar la temperatura de la mantequilla y, así, facilitar el troceado es el
tratamiento con microondas. Otra de las aplicaciones de las microondas que está resultando
atractiva para las industrias es el precocinado del beicon. Se ha visto que, cuando el
beicon se calienta en un equipo tradicional como el grill, se producen importantes pérdidas
de agua y grasa y, como consecuencia, la estructura del alimento se encoge. Además,
la grasa se funde en la superficie caliente del grill y se deteriora considerablemente, por
lo que disminuye la calidad. Sin embargo, el beicon calentado con microondas conserva
mejor su composición inicial y, en consecuencia, las dimensiones del producto apenas
varían. También se ha comprobado que las microondas podrían ser particularmente útiles
para tratamientos de pasteurización a alta temperatura y tiempos cortos y UHT de
leche, nata, yogur, salsas, purés y alimentos infantiles. Debido a la ausencia de superficies
calientes en contacto con el alimento y a la rapidez del proceso (los 140°C se alcanzan
en menos de un segundo), se evitan sobrecalentamientos, se preserva la calidad del producto
procesado y se reducen costes.
Equipos de microondas industriales
Problemas.asociados.a.las.microondas
La falta de uniformidad en la distribución de la temperatura en el interior del
alimento es uno de los mayores inconvenientes de las microondas, ya que
repercute en la calidad final del producto. Además, existen inconvenientes,
como la limitada aplicación a alimentos de gran volumen y el elevado coste
de las (Wäppling-Raaholt y Ohlsson, 2005). Cuando no existe un adecuado
control de la uniformidad del calentamiento pueden aparecer "puntos fríos"
en los que la inactivación microbiana es incompleta, así como "puntos calientes",
donde pueden tener lugar degradaciones térmicas excesivas con el consiguiente
detrimento en las propiedades sensoriales y en el valor nutritivo del
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alimento. Por todo ello, es preciso conocer y controlar los factores que afectan
al calentamiento, tanto los relacionados con los equipos (tipo de horno, frecuencia,
potencia) como con las características inherentes al alimento (composición,
propiedades físicas, tamaño o forma). Una de las opciones para mejorar
la uniformidad del calentamiento en los alimentos líquidos es realizar los
tratamientos en flujo continuo (Villamiel y otros, 1996). En general, se ha visto
que estos tratamientos proporcionan calentamientos eficaces para pasteurizar,
por ejemplo, leche y zumo de naranja, conservando e incluso mejorando sus
propiedades nutritivas y sensoriales respecto a tratamientos convencionales
llevados a cabo en intercambiadores de calor.
Las microondas producen una fricción intermolecular que resulta del
movimiento de las cargas eléctricas de moléculas por fuerzas de atracción
y repulsión bajo la influencia del campo eléctrico aplicado. Esto
supone una generación interna de calor que asegura un calentamiento
volumétrico del producto. Los alimentos sobre los que se aplican pueden
ser de naturaleza sólida, líquida o particulada y el calentamiento
dependerá de las características físico-químicas. Las microondas se han
utilizado durante los últimos años en aplicaciones como el proceso de
secado durante la fabricación de pasta, el escaldado de vegetales y la
pasteurización de alimentos envasados.
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4. Tecnologías avanzadas de procesado a alta
temperatura
4.1. La cocción al vacío
La cocción al vacío es un proceso térmico que se utiliza sobre materias primas
envasadas al vacío en envases termorresistentes. EL tratamiento térmico se
realiza bajo condiciones controladas de tiempo y temperatura (normalmente
inferior a los 100 °C) y tras él hay una fase de enfriamiento rápido hasta llegar a
temperaturas de refrigeración. Las ventajas de este tratamiento son numerosas.
Si se compara con una pasteurización convencional, aumenta en mayor grado
la vida útil del alimento y sus características sensoriales y nutricionales son
muy superiores. Además, no se producen mermas en el cocinado y, como el
alimento se cocina envasado, no hay posibles recontaminaciones. Todo ello
posibilita que se puedan cocinar en el horno varios tipos de alimentos a la vez,
por lo que se reducen los costes energéticos. No obstante, y debido a la posible
presencia de microorganismos termorresistentes y de rotura en la cadena de
frío, este método debe combinarse con otros sistemas de conservación y debe
cumplir con unos estrictos requisitos de higiene en la producción.
4.2. Calentamiento óhmico
El calentamiento óhmico es un proceso térmico basado en el principio físico
que transforma la energía eléctrica en energía térmica cuando atraviesa un
conductor que le ofrece resistencia (efecto Joule). En este caso la corriente se
aplica sobre un alimento conductor en el que el calor generado actúa de bactericida
(Sastry y Barach, 2001). Teniendo en cuenta que muchos alimentos
son buenos conductores, ya que están compuestos de electrolitos y agua, el
resultado es un producto de elevado grado de seguridad y calidad microbiológica
con una mínima pérdida de nutrientes. La densidad, el tamaño y la forma
de los alimentos son factores clave en la efectividad del calentamiento óhmico.
El efecto del calentamiento depende tanto de factores propios del sistema
como del alimento. Se ha comprobado que la velocidad de calentamiento es
directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico y a la conductividad
eléctrica del alimento. Los alimentos deben ser conductores pero no
demasiado. Los valores óptimos de conductividad a 20°C se encuentran en
el intervalo 0,01-10 siemens/m. A modo de ejemplo, un alimento adecuado
para ser sometido al calentamiento óhmico sería la leche, cuyo valor de conductividad
es de 0,5 siemens/m. Otros factores que inciden en la efectividad
del calentamiento son la densidad y el calor específico del alimento, así como
el tamaño, la forma y la concentración de las partículas en el caso de los alimentos
particulados.
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A pesar de que los precios de los equipos están descendiendo, se trata de una
tecnología cuyos costes iniciales pueden ser elevados. Sin embargo, la rentabilidad
debe evaluarse a largo plazo, ya que se trata de procesos en los que
se obtienen productos con adecuadas características microbiológicas, organolépticas
y nutricionales, bajo condiciones de escaso ensuciamiento y en un
mínimo espacio, por lo que se pueden aplicar a un amplio rango de alimentos.
Otra de las ventajas de este calentamiento se encuentra relacionada con los
costes de operación. Son calentamientos en los que un 95% de la energía se
transforma en calor, mientras que en un calentamiento con microondas suele
ser un 70% como máximo. Además, se trata de un proceso fácil de controlar
a través de la intensidad del voltaje aplicado.
Tras los diferentes estudios realizados hasta el momento, el calentamiento óhmico
puede ser considerado, entre todas las tecnologías emergentes, como una
de las más prometedoras en la industria alimentaria. Como perspectivas futuras
deben plantearse más estudios a escala microbiológica y de constituyentes,
sin olvidar el posible escalado doméstico y la optimización de las instalaciones
industriales para disminuir los costes iniciales y los posibles efectos negativos
sobre la composición de los alimentos. De modo general, sí cabe decir que la
vida útil de los alimentos procesados mediante calentamiento óhmico debe
ser comparable con la de alimentos procesados de modo convencional.
Las ventajas del calentamiento óhmico son las siguientes:
• Adecuadas características microbiológicas.
• Adecuadas características organolépticas y nutricionales.
• Bajo grado de ensuciamiento.
• Mínimo espacio.
• Bajos costes de operación debido a que el 95% de la energía se transforma
en calor.
• Calentamiento instantáneo.
• Calentamiento homogéneo.
Usos del calentamiento óhmico en la industria alimentaria
Existe un gran número de aplicaciones del calentamiento óhmico como el escaldado, la
pasteurización, la esterilización, la descongelación, la evaporación, la deshidratación, la
fermentación o la extracción y cabe destacar la aplicación desarrollada para la esterilización
en flujo continuo de frutas, zumos de frutas, sopas, salsas o huevo líquido (Leizerson
y Shimoni, 2005). El huevo líquido resulta muy adecuado para este tipo de proceso,
ya que puede ser calentado óhmicamente en tiempos muy cortos y sin problemas de
coagulación. Además, el calentamiento es prácticamente instantáneo y de distribución
homogénea.
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El calentamiento óhmico se produce cuando una corriente eléctrica pasa
a través de un alimento y provoca la elevación de la temperatura en el
interior como resultado de la resistencia que ofrece al paso de la corriente
eléctrica. Las ventajas de este proceso se derivan del hecho de que
el calentamiento tiene lugar en el interior del alimento. De este modo,
y a diferencia de lo que ocurre en un calentamiento convencional, no
existen superficies calientes de contacto.
4.3. La descompresión instantánea controlada (DIC)
La descompresión instantánea controlada es un proceso termomecánico de
tipo HTST (High Temperature and Short Time) combinado con una descompresión
instantánea (200 mbar) al vacío. El tratamiento térmico se realiza en una
cámara mediante inyección de vapor. En cuestión de segundos se alcanzan
la temperatura y la presión programadas, que se mantienen durante un corto
espacio de tiempo, normalmente inferior a un minuto. Tras este periodo
de tiempo, y de manera casi instantánea, se induce una pérdida de presión
mediante la conexión de la cámara a un depósito de vacío. De este modo, se
provoca la pérdida de agua por evaporación y de sustancias volátiles así como
el enfriamiento del producto. La descompresión instantánea, además de
provocar en el alimento cambios que facilitan una posterior deshidratación,
por ejemplo en carnes, pescados y verduras, tiene un efecto bactericida característico
que, junto con el producido por el tratamiento térmico, contribuye
a alargar la conservación y a garantizar la seguridad del producto. Mediante
el control de cada una de las fases, el producto se puede someter a diferentes
tratamientos tomando como variables del proceso la presión dentro del reactor,
la presión de vacío, el tiempo de proceso, la velocidad de despresurización
de la cámara de tratamiento y el número de ciclos.
Instalación de descompresión instantánea controlada
Usos de la descompresión instantánea controlada (DIC)
La tecnología DIC permite tratar una amplia variedad de productos agroalimentarios
(como frutas, verduras o plantas aromáticas) tanto en piezas como en polvo. En función
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de las necesidades de los diferentes productos que se van a tratar y de las variables del
proceso, esta tecnología puede emplearse para texturizar, deshidratar o descontaminar
productos alimenticios y para extraer compuestos de alto valor añadido.
Como consecuencia de la descompresión instantánea, desde la presión/temperatura de
tratamiento hasta el vacío (200 mbar), se produce la evaporación súbita de agua en el
interior del producto tratado, lo que da lugar a modificaciones de la microestructura y
de la macroestructura (cambios de textura). Así, bajo las condiciones adecuadas, el producto
tratado puede conseguir un alveolado uniforme así como grandes superficies de
intercambio, lo que confiere una mejora en la aptitud tecnóloga del producto a los procesos
subsecuentes en los que se produzca una transferencia de materia o se induzca una
modificación de las propiedades tecnológicas. Esta tecnología ha sido utilizada principalmente
para la texturización de productos vegetales. La expansión en la estructura de
estos productos, puesta en evidencia a través del análisis del coeficiente de expansión y
de la microcopia electrónica, facilita la deshidratación y la extracción de componentes
así como la posterior rehidratación del producto tratado.
Como se ha especificado, otra de las funciones principales de la DIC es la extracción de
componentes a partir de vegetales u otras materias primas. Lo que verdaderamente permite
la extracción de compuestos específicos es el fenómeno de autoevaporación que entraña
una separación gas/sólido. Al ser un tratamiento térmico de tiempo reducido, esta
operación induce una degradación térmica mínima en el extracto. Comparada con otros
procedimientos tradicionales, la tecnología DIC es más rápida y tiene un rendimiento
superior y un consumo energético inferior. Además no se requieren disolventes, por lo
que se trata de una tecnología respetuosa con la salud humana y con el medio ambiente.
Esta operación se ha aplicado para la extracción de aceites esenciales de las hojas de
romero y de cítricos.
Además de emplear la DIC para potenciar la deshidratación inducida por procesos clásicos
de secado, la utilización de aire o gas en vez de vapor de agua para generar el incremento
de presión dentro del reactor permite emplear este proceso directamente como
tecnología de secado. El proceso resultante se denomina DDS (deshidratación por descompresiones
sucesivas) y consiste, por lo tanto, en someter el producto a varios ciclos
de compresión y descompresión con el fin de deshidratar productos termosensibles.
Mango deshidratado mediante aire caliente, mediante DIC y mediante liofilización
Por último, las tecnologías DIC pueden aplicarse para la descontaminación de productos.
La experimentación con esporas de Bacillus stearothermophilus y células de Saccharomyces
cerevisiae y Escherichia coli ha permitido analizar la influencia del tratamiento DIC en la
viabilidad de dichos microorganismos. En lo que se refiere al nivel de presión y al tiempo
de tratamiento, se ha podido confirmar la relación positiva y prácticamente lineal de los
mismos con la tasa de reducción microbiana (Rodríguez y otros, 2007). La descontaminación
de los productos tratados mediante esta tecnología se debe fundamentalmente a
dos efectos; el primero, el efecto térmico, está producido por el vapor de agua introducido
y el segundo, el efecto mecánico en el producto, se debe a la presión del trabajo y a la
rápida descompresión al vacío posterior.
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La descompresión instantánea controlada (DIC) está basada en los tratamientos
HTST (altas temperaturas durante un corto espacio de tiempo)
pero se combina con una rápida caída de la presión. La DIC destaca
por ser un tratamiento termomecánico de gran versatilidad que presenta
buenas expectativas como tecnología para el procesado de alimentos
en todas sus aplicaciones (texturización, secado, descontaminación y
extracción), ya que es un proceso que aporta mejoras cinéticas y energéticas
y que además es respetuoso con el medio ambiente. Asimismo,
esta tecnología responde a las demandas actuales de los consumidores,
es decir, es un proceso que puede permitir la obtención de productos de
mayor calidad, saludables y seguros.
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5. Formas galénicas en la industria alimentaria
Actualmente el desarrollo de alimentos que coadyuven a la salud va ganando
interés entre los consumidores. Se trata de alimentos probióticos o extractos
y aceites esenciales derivados de las plantas debido a la propiedad de controlar
el crecimiento de microorganismos patógenos tales como Fusarium spp.,
Alternaria spp., Aspergillus spp., Penicillium spp. o Rhizopus spp., que han sido
reconocidos como agentes causantes de enfermedades producidas por los alimentos
y la descomposición de los mismos o ambos (Soliman y Badeea, 2002;
Viuda-Martos y otros, 2007).
Los alimentos funcionales no solamente deben ser ingeridos en una cantidad
concreta para asegurar un efecto benéfico sobre la salud del consumidor, sino
que deben solventarse factores que afectan a su viabilidad al atravesar el tracto
gastrointestinal, en lo que destaca la elevada acidez gástrica y la acción de las
sales biliares (Koo y otros, 2001). Además, muchos de estos alimentos funcionales
contienen compuestos volátiles, hidrofóbicos y muy lábiles. Es necesario
proteger los alimentos funcionales para asegurar su funcionalidad. La encapsulación
constituye un método para asegurar su supervivencia y liberación
en el tracto gastrointestinal. Pero, además, la encapsulación previene reacciones
indeseables con otros componentes del alimento, incluso durante el largo
proceso de almacenamiento, y permite camuflar sabores y aromas. Las microcápsulas
pueden proteger también los componentes activos durante el procesamiento
(cambios de temperatura y pH) y almacenamiento del alimento.
Microcápsula de alimento desarrollada en el Instituto de Ciencias Marinas
de Andalucía, Cádiz. Fuente: ICMAN-CSIC (2006)
La eficiencia del microencapsulado está directamente relacionada con las propiedades
físico-químicas de los materiales de pared, tales como el peso molecular,
la solubilidad, la cristalinidad, la formación de la cubierta y la difusibilidad.
Existe una amplia variedad de materiales de pared o cobertura que pueden
ser usados solos o mezclados para encapsular ingredientes alimentarios,
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entre los que se encuentran los alginatos, las pectinas de bajo metoxilo y los
almidones modificados. Los dos primeros forman geles estables al reaccionar
con los iones de calcio, no son tóxicos, tienen un coste bajo y se consideran
seguros para el uso en alimentos (Song y otros, 2003).
Para la producción de microcápsulas se han propuesto diversos métodos que
se dividen en procesos físicos (secado por aspersión, extrusión y recubrimiento
por aspersión), procesos físico-químicos (coacervación simple o compleja
y atrapamiento en liposomas) y procesos químicos. La selección del método
dependerá del tamaño medio de la partícula requerida y de las propiedades
físico-químicas del agente encapsulante y de la sustancia que se va a encapsular,
de las aplicaciones para el material microencapsulado, del mecanismo
de liberación deseado y del coste. La encapsulación de sabores previene reacciones
indeseables con otros componentes del alimento, incluso durante un
largo proceso de almacenamiento.
Se han desarrollado varios métodos para encapsular sabores y aromas. El secado
por aspersión es el más utilizado en la industria alimentaria debido a que
se trata de un método económico y efectivo en la protección de materiales.
Los almidones modificados, las maltodextrinas y las gomas se emplean como
materiales pared. El material que se va a encapsular se homogeniza con el portador.
Posteriormente, la mezcla se seca por aspersión y se atomiza por medio
de una boquilla o disco. Tras este proceso, se recogen las cápsulas formadas y
están listas para ser empleadas. Actualmente se están estudiando nuevos materiales
pared, como coloides y gomas naturales, para la obtención de mezclas
que permitan incrementar la retención de compuestos volátiles y la vida
comercial de las microcápsulas. Así, se ha conseguido la retención de aceites
esenciales de naranja y se ha disminuido su oxidación al usar goma arábiga, lo
que indudablemente permite la inclusión de sustancias activas sin que se vean
afectadas por los procesos de digestión iniciados en la boca y el estómago.
Otro método es el de aspersión por enfriamiento o congelación, que consiste
en mezclar el material que se va a encapsular con el producto portador y atomizarlo
por medio de aire frío. Las microcápsulas se producen por nebulización
de la emulsión o suspensión que contiene el material pared y la sustancia
activa sólida o líquida. Las coberturas más utilizadas son aceites vegetales en el
caso de la aspersión por enfriamiento o aceite vegetal hidrogenado para la aspersión
por congelamiento; así pueden encapsularse líquidos sensibles al calor
y materiales que no son solubles en disolventes convencionales. La reducción
de la temperatura produce una solidificación del lípido que actúa como pared
y el atrapamiento de la sustancia activa en el centro de la cápsula. La aspersión
por enfriamiento es usualmente empleada para encapsular sulfato ferroso, vitaminas,
minerales o acidulantes. Las aplicaciones más comunes de la aspersión
por congelación son el secado de sopas y los alimentos con alto contenido
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de grasa. Las microcápsulas producidas por enfriamiento o congelación son
insolubles en agua debido a la cobertura de lípidos, por lo que se encapsulan
materiales solubles como enzimas, vitaminas solubles en agua y acidulantes.
5.1. Encapsulación con ciclodextrinas
Uno de los métodos más efectivos actualmente para la encapsulación es el
uso de ciclodextrinas (CD) y formar, de este modo, un sistema de liberación
controlada.
Las CD son oligosacáridos de glucosa, cíclicos no reductores, obtenidos como
resultado de la degradación enzimática (ciclomaltodextrin glucanotransferasa,
E.C. 2.4.1.1.9) del almidón (Szetjli, 1998). La molécula de CD presenta una
estructura tridimensional en forma de cono truncado. Otra propiedad que ha
llamado la atención de las CD es que poseen la habilidad de actuar como contenedores
moleculares al atrapar moléculas huésped en la cavidad interna, en
un proceso llamado comúnmente complejo de inclusión.
Las CD han sido reconocidas como uno de los materiales más importantes que
sirven de matriz para encapsular moléculas orgánicas en medios acuosos, donde
la hidrofobicidad del huésped puede conducir a la formación de complejos
estables con la cavidad hidrofóbica de la CD (Álvarez-Parrilla y otros, 2005).
La eficiencia del proceso de microencapsulación depende de las propiedades
tanto del huésped como de la CD. Normalmente cuando se forma el complejo
de inclusión entre la molécula huésped y la CD, aumenta la estabilidad de la
molécula huésped. Cuando el huésped es encapsulado, puede sufrir cambios
en las propiedades químicas y físicas: protección contra la luz y el oxígeno,
modificación de la reactividad química, reducción de la volatilidad y aumento
de la solubilidad acuosa. Así se obtienen diversas ventajas como, además
de las ya mencionadas, facilitar el manejo de sustancias altamente hidrofóbicas,
transformar compuestos líquidos o gaseosos en sólidos, proteger contra
la degradación microbiana, enmascarar olores, sabores y colores y una de las
más importantes, la liberación controlada del huésped encapsulado (Madene
y otros, 2006). Las propiedades antes mencionadas de las CD las han convertido
en útiles en diversos procesos industriales, principalmente en el sector
farmacéutico, cosmético, de protección ambiental, de bioconversión y el alimentario
(Álvarez-Parrilla y otros, 2005). Esta habilidad de las CD puede ser de
interés para el sector agrícola en la conservación de vegetales enteros y frescos
cortados. Paralelamente, otros estudios han intentado retardar la maduración
de las frutas mediante la complejación del etileno en el interior de la
a-CD (Álvarez-Parrilla y colaboradores, 2005) y otros hablan de la emergente
tecnología de envasado como un soporte capaz de liberar los compuestos con
propiedades específicas (como antimicrobianos, antioxidantes, enzimas o sabores)
para preservar, mejorar o dar valor añadido al alimento. Dentro del área
de envases antimicrobianos activos, los aditivos de origen natural tienen una
mayor aceptación que los sintéticos. Por esta razón, en respuesta a los cambios
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dinámicos en la mentalidad del consumidor moderno, a las demandas que
forjan las tendencias del mercado, el área de envases activos ha tomado importancia
y los complejos en CD podrían ayudar en la formulación de envases
activos e inteligentes.
Considerando el aumento en las demandas de los consumidores y la industria
alimentaria, las futuras investigaciones pueden enfocarse en la optimización
del proceso de microencapsulación, cinética de liberación de los compuestos
antimicrobianos hacia el huésped, pretratamientos para incrementar o disminuir
la velocidad de liberación causada por la alta HR, temperatura y matriz del
alimento y encontrar dosis óptimas para evaluar la actividad antimicrobiana,
sensorial y la calidad de los frutos frescos cortados, por ejemplo.
La encapsulación permite retener ciertas sustancias de los alimentos o
microorganismos y protegerlos de la acción del estómago, lo que permite
el paso hacia el intestino de microorganismos y nutrientes no alterados
con las demostradas ventajas nutricionales y de protección del
aparato digestivo.

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