Ec4.f1. deterioro de los alimentos. químico bioquímico y microbiano.

Selección, preparación y conservación de alimentosElemento de Competencia 4

Dra. Ana Patricia Martínez Camacho 1

LICENCIATURA EN NUTRICION HUMANALICENCIATURA EN NUTRICION HUMANA

Selección, preparación y conservación de alimentos

Elemento 4.

• Conocer los diferentes tipos de deterioro que presentan los alimentos, para reducir su efecto considerando los principios físicos y químicos de conservación, preservando la calidad nutricia y organoléptica de los alimentos procesados y sin procesar.

• Fase 1.Tipos de alteraciones que presentan los alimentos. Análisis de factores como la temperatura, luz, Aw, mal manejo de los alimentos, %HR, y los conceptos de rancidez oxidativa, lipólisis, pardeamiento enzimático, reacciones de Maillard, pardeamiento no enzimático entre otras que participan en el deterioro de los alimentos.

Tipos de alteraciones en los alimentos

• Alteración: cuando el alimento ha sufrido deterioro o modificación en sus características organolépticas, de composición o en su valor nutricional iniciales, por causas naturales o consecuencia del procesamiento. • Adulteración: cuando el alimento ha sido modificado

por adición de sustancias no autorizadas o bien por remoción de componentes o por tratamientos específicos con la finalidad de enmascarar las condiciones iniciales del producto.• Degradación: cuando el alimento se deteriora o

pierde sus atributos organolépticos o de composición o valor nutricional por acción de diferentes agentes.

Alteraciones de los alimentos.

Las principales causas del deterioro de los alimentos son modificaciones de factores físicos, reacciones químicas, crecimiento de microorganismos y la acción de otros organismos sobre el alimento.

Según el origen:1. Alteraciones físicas• Manipulación (más sensibles los productos vegetales)• Ganancia o pérdida de agua• Deterioro por insectos o roedores2. Alteraciones químicas• Reacciones vinculadas principalmente a la presencia de

O2 o enzimas3. Alteraciones biológicas• Proliferación de microorganismos• Actividad enzimática derivada de la presencia o acción

de los microorganismos.

Cambios que ocurren en alimentos deteriorados:

Los atributos de calidad son las primeras manifestaciones de alteraciones en el alimento.

• Textura • Sabor • Color • Valor Nutritivo

• Cambios indeseables en los alimentos.

Textura

Atributos de calidad afectados

Endurecimiento

Reblandecimiento

Pérdida de agua (falta de retención)

Precipitación (pérdida de la solubilidad)

• Cambios indeseables en los alimentos

Rancidez (hidrolítica y oxidativa)

Acaramelado

Cocción

Agrio u otros sabores

Oscurecimiento

Blanqueamiento

Otros colores anormales o indeseables en el

producto

Valor nutritivo

Pérdida o degradación de:

Vitaminas

Proteínas

Lípidos

Minerales

Deterioro enzimático• Enzimas. Son los principales agentes internos de deterioro o

descomposición. Son catalizadores biológicos de los seres vivos, es decir, sustancias que aceleran las reacciones vitales de los organismos.• Al romperse los tejidos también se produce la deslocalización

de enzimas y sustratos, que naturalmente se hallan en compartimentos específicos dentro de las células, por lo que su interacción se encuentra regulada. Durante las operaciones de corte, pelado, o debido a daños mecánicos producto de la manipulación incorrecta durante la poscosecha o poscaptura, se dañan las membranas celulares y subcelulares por lo que se liberan enzimas y sustratos que reaccionan de manera incontrolable.

Deterioro enzimático en vegetales

Pardeamiento enzimático.• El pardeamiento enzimático es la alteración más común

que se presenta en frutas y hortalizas peladas y/o troceadas. La reacción de pardeamiento oxidativo es catalizada por las enzimas polifenoloxidasas (PPO), las cuales en presencia de oxígeno (O2) actúan hidroxilando los compuestos fenólicos presentes en los tejidos vegetales. Posteriormente estos compuestos se oxidan también en presencia de PPO y O2 a o-quinonas, las que luego se condensan y reaccionan no enzimáticamente para producir pigmentos pardos denominados genéricamente como melaninas.

Rancidez oxidativa y rancidez hidrolítica

Rancidez hidrolítica o lipólisis

Reacción catalizada por las enzimas lipolíticas llamadas lipasas, en la cual por efecto de altas temperaturas se produce la liberación de ácidos grasos de los triglicéridos y fosfolipidos.

• La acción de estas enzimas es hidrolizar el enlace ester de los acilglicéridos y producir ácidos grasos libres incrementando el índice de acidez. A diferencia de otras reacciones enzimáticas, la lipólisis se puede efectuar en condiciones de Aw muy baja, como la que prevalece en la harina de trigo; esto se debe a que, si los triacilgliceroles están en estado liquido, tienen una gran movilidad y pueden, consecuentemente, favorecer el contacto con las lipasas y provocar la reacción.

Condiciones en las que tiene lugar• Puede ocurrir en diferentes alimentos, incluyendo

aquellos con muy baja Aw.• También la provocan las altas temperaturas en presencia

de agua, como ocurre durante el freído de los alimentos.• Enzimas de hongos y otros microorganismos que

producen lipólisis.• Las lipasas de la leche esta asociada de manera natural

con las micelas de caseína y cuando se efectúa la homogenización se pone en contacto la enzima con los glóbulos de grasa , de manera que si no se pasteuriza o esteriliza inmediatamente, se favorece la lipólisis.

• Esta transformación es una de las mas comunes de los alimentos que contienen grasas y otras sustancias insaturadas; consiste principalmente en la oxidación de los ácidos grasos con dobles ligaduras, pero se llega a efectuar con otras sustancias de interés biológico, como la vitamina A.• Recibe el nombre de autoxidación pues es un mecanismo

que genera compuestos que a su vez mantienen y aceleran la reacción ; entre los productos sintetizados se encuentran algunos de peso molecular bajo que le confieren el color característico a las grasas oxidadas, y otros cuya toxicidad todavía esta en estudio. la autoxidación se favorece a medida que se incrementa la concentración de ácidos grasos insaturados (o el índice de yodo).

• Altas temperaturas aceleran la autooxidación especialmente por encima de 60ºC, de tal manera que la velocidad se duplica por cada 15ºC de aumento• Refrigeración y congelación no necesariamente inhiben

la rx ya que la presencia de catalizadores y la disponibilidad de los reactivos puede provocar que se lleve acabo en estas condiciones.• Presencia de metales como Cu y Fe inician esta

transformación en concentraciones menores a 1ppm

Condiciones en las que tiene lugar

• El primero tiene más especificidad para catalizar la oxidación de las grasas lácteas, y el segundo para los aceites vegetales. Los ácidos grasos libres solubilizan estos iones y facilitan su acción catalizadora pues provocan un mayor contacto con el lípido. Dichos ácidos grasos provenientes de la hidrólisis de los triacilgliceridos son más susceptibles a la oxidación que cuando se encuentran en forma de esteres.• Los peróxidos provenientes de grasas oxidadas también

producen esta reacción, por lo que no es conveniente mezclar estas grasas con otras frescas

Pardeamiento no enzimático

Otras reacciones.

Factores biológicos de alteración de los alimentosPresencia y metabolismo de microorganismos.

• El deterioro causado por microorganismos es resultado de las relaciones ecológicas entre el alimento y el microorganismo. Para poder predecirlo y controlarlo hay que conocer la características del alimento como medio soporte del crecimiento de microorganismos y los microorganismos que colonizan habitualmente dicho alimento.• Las principales fuentes de microorganismos son el aire, el

suelo, las aguas residuales y los desechos animales.

• Ciertos microorganismos patógenos son potencialmente transmisibles a través de los alimentos. En estos casos, las patologías que se producen suelen ser de carácter gastrointestinal, aunque pueden dar lugar a cuadros más extendidos en el organismo e, incluso, a septicemias.• No todos los microorganismos patógenos causan un

deterioro visible en el alimento antes de su consumo, ni todos los microorganismos causantes de deterioro en los alimentos son patógenos. Sin embargo, los microorganismos de deterioro pueden crear las condiciones adecuadas para el crecimiento de patógenos en el alimento.

• El pH de los alimentos es una medida entre 1 y 14 donde 7 es neutro, inferior a 7 es un alimento ácido y superior a 7 es un alimento alcalino, y la mayoría de los microorganismos patógenos encuentran un entorno más afable para reproducirse en un pH entre 5 y 8.

• Las temperaturas superiores a las de crecimiento óptimo producen la muerte del microorganismo o le producen lesiones subletales. Las células lesionadas pueden permanecer viables; pero son incapaces de multiplicarse hasta que la lesión haya sido reparada.• Aunque se han observado

excepciones, está perfectamente establecido que la cinética de termodestrucción bacteriana es logarítmica.

• La velocidad de termodestrucción se ve afectada por factores intrínsecos (diferencia de resistencia entre esporas y células vegetativas), factores ambientales que influyen el crecimiento de los microorganismos (edad, temperatura, medio de cultivo) y factores ambientales que actúan durante el tratamiento térmico (pH, aw tipo de alimento, sales, etc.).

Los microorganismos pueden:• Producir compuestos con mal olor, por ejemplo aminas y sulfuros

en carne o trimetilamina en pescados. • Alterar la apariencia de los alimentos por cambios de color o

decoloración. • Modificar la consistencia haciendo los alimentos visiblemente

viscosos o con desarrollo micelial.• Provocar cambios en la textura, tales como reblandecimiento de

las verduras debido a enzimas pectinolíticas, o leche hilante por contaminación con microorganismos esporulados. • Alterar el sabor, generalmente añadiendo sabores debido a la

liberación de ciertas sustancias metabólicas, o algunas veces, a través de la remoción de ciertos componentes del alimento que utilizan en su metabolismo como azúcares que se transforman en ácidos.

Pueden atacar prácticamente todos los componentes del alimento ya que los pueden hidrolizar para utilizarlos como fuente de alimento.

- Fermentan azúcares- Hidrolizan carbohidratos complejos- Degradan proteínas- Hidrolizan lípidos

Además pueden producir derivados metabólicos (metabolitos) que dejan en la matriz del alimento. Algunos metabolitos son tóxicos (intoxicaciones).

• Microorganismos psicrotróficos: pueden formar colonias visibles (o enturbiamiento) a temperaturas de refrigeración. En términos generales, psicrótrofo significa desarrollo a bajas temperaturas, por lo que, en un sentido amplio, son psicrotróficos todos los microorganismos que pueden crecer y multiplicarse en frío.• Exigen o toleran temperaturas bajas para su crecimiento,

comprendido entre 4 y 20°C. Para ser más precisos, serían psicrotróficos los microorganismos que, aunque se multiplican a temperaturas propias de refrigeración (0 a 6°C), su temperatura óptima de crecimiento se estima entre 10°C a 20°C; son psicrófilos los que exigen temperaturas bajas y tienen su óptimo crecimiento a 0°C o sus proximidades.

Pseudomonas.Género predominantemente de alteración. Son capaces de provocar alteración debido a:• Son psicrotróficos, y por lo tanto se pueden multiplicar a

temperaturas de refrigeración. • Atacan diversas sustancias en los tejidos (por ejemplo, de

pescados, mariscos, carnes) para producir compuestos asociados con malos olores y sabores. Dentro de estos compuestos se encuentran: metil mercaptanos, dimetil disulfuros, dimetil trisulfuros, 3- metil-1-butanal, trimetilamina, y etil ésteres de acetato, butirato y hexanoato. • Este género se encuentra formando parte de la microbiota

natural en productos tropicales y subtropicales, en concentraciones insignificantes del total de la población bacteriana.

Razones por las que son predominantes en alteración de alimentos:(1) posee un tiempo de generación más

corto que otros microorganismos(2) son microorganismos antagonistas o

que presentan reacciones sinérgicas (3) poseen habilidad para atacar

moléculas proteicas largas (4) superan la actividad bioquímica de

otros géneros(5) se incurre en prácticas inadecuadas

de higiene durante la manipulación y/o almacenamiento de los alimentos

• Bacterias termodúricas: pueden sobrevivir a temperaturas considerablemente más altas que su temperatura máxima de crecimiento. Sobreviven calentamientos sobre una matriz, que es el alimento, en rangos de temperatura que van de 60°C a 80°C. En la industria láctea, el término se refiere a aquellos microorganismos capaces de sobrevivir procesos de pasteurización pero no crecen a temperaturas de pasteurización. La fuente primaria de contaminación, es la inadecuada limpieza y sanitización de equipos y utensilios. Debido a que consistentemente las cuentas altas de termodúricos están asociadas con prácticas de producción poco higiénicas, las cuentas de termodúricos se utilizan como indicador de sanitización deficiente del equipo y para detectar fuentes de organismos responsables de cómputos altos en productos lácteos pasteurizados.

• Bacterias termofílicas: crecen en alimentos mantenidos a temperaturas elevadas (55 °C o mayores). En la industria láctea, las bacterias termofílicas generalmente son especies del género Bacillus, las cuales llegan a la leche a través de diversas fuentes en la granja, o a través de equipo mal sanitizado en las plantas procesadoras. Estos microorganismos rápidamente aumentan en número cuando la leche o los productos lácteos se mantienen a temperaturas altas durante períodos largos.

• Microorganismos proteolíticos: grupo muy heterogéneo, en el cual podemos encontrar especies de los géneros, Clostridium, Bacillus, Proteus, Pseudomonas, Streptococcus, Micrococcus, Aspergillus, Penicillium y Mucor entre otros. La hidrólisis de la proteína por los microorganismos en los alimentos puede producir una variedad de alteraciones tanto en el olor como en el sabor y textura. Las enzimas proteolíticas, sobre todo las de bacterias psicrotróficas de la leche, generalmente permanecen activas tras ser sometidos a tratamientos térmicos, reduciendo la calidad de los productos tratados térmicamente.

• La actividad proteolítica microbiana puede ser deseable en ciertos alimentos, debido a su contribución en el desarrollo de sabores, cuerpo y textura, como por ejemplo en procesos de maduración de quesos. En algunos alimentos, el nivel de microorganismos proteolíticos puede ser de gran valor debido a que es posible predecir el periodo de almacenamiento en refrigeración u obtener información de los métodos de procesamiento.

• Microorganismos lipolíticos: productores de lipasas contribuyen a provocar alteraciones en el sabor y el olor. Algunos ácidos grasos libres, liberados por la acción de las enzimas lipolíticas pueden impartir sabores y olores a rancio aún en concentraciones muy bajas. Los ácidos grasos menos volátiles son más susceptibles a la oxidación y luego a procesos de hidrólisis, dando por resultado alteraciones de sabor oxidativo. Muchas bacterias psicrotróficas, así como hongos y algunas levaduras son lipolíticas. Las lipasas bacterianas termo estables son de particular interés, debido a que alteran productos almacenados durante períodos largos, tales como queso y mantequilla.

• Microorganismos degradadores de la pectina: están asociados con productos del campo y con el suelo. Más del 10% de los microorganismos del suelo han demostrado ser pectinolíticos. Incluyen, pero no está limitado a, bacterias de los géneros Achromobacter, Aeromonas, Arthrobacter, Agrobacterium, Enterobacter, Bacillus, Clostridium, Erwinia, Flavobacterium, Pseudomonas, Xanthomonas y diversas levaduras, hongos, protozoarios y nemátodos. Muchos de ellos son fitopatógenos. Recientemente la bacteria considerada solamente como ácido-láctica, Leuconostoc mesenteroides ha demostrado además, tener actividad pectolítica.

• Bacterias ácido lácticas: Los miembros de este grupo son cocos o bacilos Grampositivo, no esporulados, que se dividen en un plano y son catalasa negativa, con excepción de algunos pediococos. Microorganismos generalmente no móviles y fermentadores obligados que liberan ácido láctico y algunas veces, además, ácidos volátiles y CO2. Están subdivididos en los géneros Streptococcus (cambio propuesto de nomenclatura a Lactococcus), Leuconostoc, Pediococcus y Lactobacillus. Las especies homofermentativas producen ácido láctico a partir de los azúcares, mientras que los tipos heterofermentativos producen además de ácido láctico, ácido acético, etanol, CO2, y otros componentes traza. Las bacterias ácido lácticas están ampliamente distribuidas en la naturaleza y son bien conocidas en la industria láctea, cárnica y de los vegetales.

• Microorganismos amilolíticos: Microorganismos capaces de degradar almidón para la obtención de energía, causando deterioro en alimentos donde es un componente principal: cereales y derivados.

Son principalmente hongos.

• Microorganismos osmofílicos: microorganismos que pueden crecer en concentraciones altas de solutos orgánicos, particularmente azúcares. NAo tienen un requerimiento absoluto en relación a la actividad acuosa o alta presión osmótica, sino que toleran ambientes más secos, de mejor manera que las especies no osmotolerantes.• Sólo unas cuantas especies son capaces de crecer en

condiciones de presiones osmóticas altas, características de jarabes o salmueras, es decir en condiciones de reducida actividad acuosa. • Las levaduras son los microorganismos osmofílicos que

más comúnmente se encuentran en ambientes no iónicos de alta osmolaridad, como los alimentos que contienen alta concentración de azúcar.

• Microorganismos halófilos: requieren concentraciones mínimas de sal u otros cationes y aniones. El nivel de sal requerido por los microorganismos varía grandemente, ya que depende de la concentración y tipo de sal y del alimento de que se trate. La clasificación más práctica de microorganismos halofílicos está basada en el nivel de sal requerido.

• Ligeramente halófilos: crecimiento óptimo en medios que contienen 0,5% a 3% de sal.

• Moderadamente halófilos: crecimiento óptimo en medios que contienen del 3% al 15% de sal

• Extremadamente halófilos: en medios que contienen del 15% al 30% de sal.

• Halotolerantes: crecen sin adición de sal, así como en concentraciones de sal superiores al 12%.

• Microorganismos esporulados mesofílicos aerobios: pertenecientes a los géneros Bacillus y Sporolactobacillus, son de importancia en la alteración de los alimentos. Los esporulados mesofílicos aerobios clasificados en el género Bacillus son bacilos aerobios o anaerobios facultativos cuyas esporas pueden o no deformar el esporangio y en su mayoría son catalasa positiva. La presencia de esporas mesofílicas de las especies de Bacillus permiten su sobrevivencia en los alimentos, siendo más resistentes que las células vegetativas a bacteriófagos, factores líticos tales como bacteriocinas, antibióticos producidos por otros organismos, radiaciones letales, temperaturas extremas y germicidas.• Presentes en muchos alimentos e ingredientes, tales como:

almidones, frutas secas, verduras, granos de cereal, leche en polvo y especias.

• Todos los miembros esporulados mesofílicos anaerobios pertenecen al género Clostridium, y los de mayor interés están dentro de dos principales grupos:

(a) C. sporogenes y otros anaerobios putrefactivos termo resistentes relacionados, y especies proteolíticas y no proteolíticas de C. botulinum. (b) C. perfringens y una variedad de clostridios similares, tales como anaerobios butíricos, que son relativamente poco resistentes al calor.

• Constituyen un grupo de mucho interés en la alteración de alimentos de baja acidez sellados herméticamente , debido a su alta termorresistencia, su habilidad para crecer en ausencia de oxígeno y en temperatura de almacenamiento normal de los productos enlatados y otros alimentos procesados, incluyendo la refrigeración de carnes curadas.

• Microorganismos esporulados mesofílicos aerobios: en alimentos de baja acidez (pH>4 a 6) procesados térmicamente, por lo general provocan una alteración de tipo “acidez plana” y los envases aparentemente se ven normales. • Estos microorganismos fermentan los carbohidratos con

producción de ácidos grasos de cadena corta que “agrian” el producto. No producen suficiente cantidad de gas, como para modificar la apariencia plana de los envases (o no producen nada de gas).

CONTROL DE LOS MICROORGANISMOS CAUSANTES DE DETERIORO.

Los procedimientos utilizados para el control de microorganismos de alteración o deterioro, se dirigen principalmente, a modificar la microbiota inicial a través de la destrucción de uno o todos los grupos microbianos presentes del alimento, o a reducir o detener el crecimiento microbiano durante el almacenamiento, mediante el control de las condiciones que permiten el desarrollo. A menos que los microorganismos en su totalidad sean inactivados, tales procedimientos, generalmente permitirán el crecimiento de diferentes tipos de microorganismos de alteración o deterioro

Los procedimientos que involucran higiene así como procesos de conservación para controlar microorganismos toxicoinfecciosos son, en la mayoría de los casos, igualmente aplicables para el control de los microorganismos de alteración o deterioro.

LO QUE NOS LLEVA A LA FASE 2 DE ESTE ELEMENTO DE COMPETENCIA: TECNICAS DE CONSERVACIÓN.

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