Aplicación de Altas Presiones Hidrostáticas en la ...

1. Introducción

2. Efecto de las APH

3. Aplicaciones industriales

4. Conclusiones

Aplicación de Altas Presiones Hidrostáticas en la Industria Alimentaria

Aplicación de Altas Presiones Hidrostáticas en la Industria Alimentaria.Pradas Baena, I. y Moreno Rojas, J.M. Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural, Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera. Córdoba, 2016. 1-18 p. Formato digital (e-book) - (Tecnología postcosecha e industria agroalimentaria)

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© Edita JUNTA DE ANDALUCÍA. Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera.

Consejería de Agricultura, Pesca y Desarrollo Rural.

Córdoba, Marzo 2016.

Autoría:

Inmaculada Pradas Baena1

José Manuel Moreno Rojas1

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1 IFAPA, Centro Alameda del Obispo

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1. IntroducciónEn el pasado, el consumidor demandaba productos seguros microbiológicamente. Hoy en día, el consumidor no solo busca alimentos seguros sino que tengan atributos de gran similitud a los alimentos frescos, con la menor cantidad de aditivos posibles y que tengan propiedades sensoriales y nutricionales de alta calidad.Por este motivo se ha llevado al desarrollo de procesos alternativos para el procesado de alimentos. Estas alternativas son presentadas como tecnologías emergentes no térmicas, de las cuales la más desarrollada y difundida hasta la fecha es la de Altas Presiones Hidrostáticas (APH). Las APH son una tecnología emergente de gran interés en la industria alimentaria debido a que es efectiva en la conservación de alimentos. Esta tecnología destaca sobre los procesos térmicos porque dichos procesos causan inevitablemente una pérdida de nutrientes y sabores en los alimentos. Utilizando el tratamiento de APH se obtienen productos cuyas vitaminas, sabores, aromas y colores se conservan casi intactos. De esta forma, el alimento, a pesar de haber sido procesado , es muy parecido al natural, lo cual es justamente lo que el consumidor prefiere.Actualmente se procesan por APH productos cárnicos, vegetales, lácteos, pescados y mariscos y zumos y bebidas. Se trata por tanto de una tecnología de gran versatilidad que puede aplicarse sobre una amplia gama de alimentos.


Figura 1. Equipo de altas presiones hidrostáticas

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El procesado por altas presiones se define como el tratamiento que consiste en aplicar una presión entre 100 y 1000 MPa sobre un líquido que contiene los productos que van a ser tratados. Generalmente, suele utilizarse agua debido a su baja compresibilidad, de ahí que se le denomine también Alta Presión Hidrostática. Al incrementar la presión se produce un pequeño descenso de volumen del agua (4% a 100MPa, 7% a 200MPa, 11,55% a 400 MPa, siendo la T de 22ºC).

Esta tecnología se basa en dos principios:

Principio isostático o Teorema de PascalEste principio establece que los cambios de presión son prácticamente constantes y uniformes, ya que la presión aplicada se transmite de manera isostática, y de forma casi instantánea en todos los puntos del producto (figura 2), independientemente del volumen y la geometría del producto. Con esto se evita la deformación y hace que no se presenten zonas sobretratadas.

Teorema de Le ChateleirEste principio postula que cualquier fenómeno que va acompañado de una disminución de volumen se ve favorecido por la presión, y viceversa. Es decir la alta presión favorece las reacciones que implican una disminución del volumen y retarda las que el volumen aumenta.


Presión isostática

Presión unidireccional

Figura 2. Representación de presión unidireccional e isostática

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Las escalas de medición con las que se representa la presión pueden variar, dependiendo del sistema con el cual se trabaje (inglés o internacional). En el Sistema Internacional de unidades (SI), la unidad de presión es el pascal (Pa). 1Pa=N/m2, aunque en el procesado de alimentos, se utiliza el mega pascal (MPa) como unidad habitual.


Centro de la Tierra

Alta presión hidrostática

Fosas marinas

AutoclavePresión atmosférica

Figura 3. Equivalencias entre diferentes unidades de medida de la presión y ejemplos de diferentes presiones conocidas.

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Tratamiento en productos envasadosEsta técnica de presurización es la más utilizada y la que ha tenido un desarrollo industrial más significativo y consiste en aplicar una presión sobre un líquido que contiene el producto, envasado al vacío en un material flexible e impermeable, que será sometido al tratamiento.El producto es tratado, generalmente, en el envase final primario, la característica principal de éste es que sea capaz de aguantar cambios en volumen que correspondan a la compresión aplicada. Debido a que los alimentos experimentan una disminución en volumen como consecuencia de la presión aplicada y una expansión de igual magnitud durante la descompresión, los envases que se usarán en los procesos de altas presiones deben ser capaces de soportar una reducción del 15% en su volumen, así como ser aptos para tornar a su volumen original sin perder la integridad en el sellado o sus propiedades protectoras. Es decir, han de ser flexibles y poder sellarse herméticamente.


Figura 4: Esquema de funcionamiento de un tratamiento de APH en producto envasado (Fuente www.hiperbaric.com)

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Tratamiento en productos líquidos a granelEsta técnica sólo es aplicable a productos alimentarios que puedan ser bombeados y permite realizar el tratamiento de forma semicontinua. Se ha de intentar llenar la cámara con la máxima cantidad posible de producto para evitar la presencia de aire. En este caso el alimento está en contacto directo con el acero de la cámara, por lo que éste ha de ser de un tipo que no experimente corrosión durante su ciclo de vida y que sea adecuado para estar en contacto con los alimentos.

Figura 5: Esquema de funcionamiento de un tratamiento de APH en productos líquidos a granel

Producto sin procesar

Salida del producto

Inyección del producto

Pistón

Recipiente de presión

Salida de agua Grupo de presión

Producto procesado

Sistema refrigeración/ calentamiento

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2. Efecto de las APH


Cuando un alimento es sometido a APH se observa principalmente: modificación del volumen del sistema, modificación de la estructura del almidón y las proteínas, modificación de la actividad enzimática e inactivación de los microorganismos. En la tabla siguiente se muestran las condiciones generales de presión en que se producen esos efectos, aunque, en la práctica, son muy variables según el alimento tratado y cada caso requiere un estudio completo.

Presión (MPa) Efectos

>200 Influencia sobre la cinética enzimáticaModificación de las propiedades físicas de las proteínasAlteración de la membrana de los microorganismos

>300 Inactivación enzimática irreversibleMuerte de los microorganismos

>400 Gelificación de los almidonesDesnaturalización de proteínas

>500 Muerte de las esporas bacterianasInactivación de las enzimas

Fuente: Raventós, 2010.Raventós, M. Industria alimentaria. Tecnologías emergentes. Universidad politécnica de Cataluña, 2010.

Tabla 1. Efectos de las APH a diferentes presiones

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2.1. Efecto de las APH en las proteínasLas modificaciones de las proteínas se deben a cambios en las interacciones intra e intermoleculares entre grupos funcionales de los aminoácidos. La presión afecta la estructura cuaternaria (a través de las interacciones hidrófobas), y a la estructura terciaria (provocando desdoblamiento irreversible).En general, la aplicación de presiones superiores a 100-200 MPa a temperatura ambiente, provoca la disociación de macroestructuras en subunidades, así como, el despliegue y desnaturalización de estructuras monoméricas. Por otra parte, cuando la presión y concentración proteica es elevada, las interacciones hidrofóbicas conducen a agregaciones y gelificaciones de los sistemas biológicos. Los efectos que sufren las estructuras terciaria y cuaternaria de las proteínas pueden ser reversibles, aunque dependiendo de factores como la temperatura, pH y otros, también pueden tener lugar de forma irreversible.

2.2. Efecto de las APH en los lípidosLos principales efectos sobre los lípidos se encuentran en los cambios de fase. La temperatura de fusión de los lípidos, en especial de los triglicéridos, se incrementa, de forma reversible, en unos 10-15 ºC por cada 100 MPa. Por este motivo, los lípidos en estado líquido a temperatura ambiente pueden cristalizar bajo presión, dando lugar a la formación de cristales más densos y estables. Es posible que la inactivación de microorganismos causada por presión sea debida, en parte, a cambios en la estructura y permeabilidad de la membrana celular a causa de la cristalización de los fosfolípidos.Por otro lado, mientras que en condiciones normales, a presión atmosférica, la temperatura de fusión de los lípidos depende de la longitud de la cadena hidrocarbonada, ésta no influye bajo condiciones de presión . Este fenómeno podría aprovecharse para la mejora de la estabilidad de alimentos grasos como la crema de cacao y chocolates, productos farmacéuticos y grasas cosméticas .

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2.3. Efecto de las APH sobre los hidratos de carbonoLas reacciones de condensación de Maillard son inhibidas con la aplicación de la alta presión en el rango de 50-200 MPa. En consecuencia, el desarrollo del sabor y el color típico de esta reacción no se produce. Este efecto, según los casos, puede ser una ventaja o un inconveniente de la aplicación de esta tecnología en el procesado de alimentos. Por ejemplo, en la lactosa, los tratamientos térmicos pueden dar lugar a su isomerización a lactulosa, así como promover la reacción con las proteínas de la leche (reacción de Maillard) provocando una disminución del valor nutritivo y un aumento de la alergenicidad de ciertas proteínas lácteas. En leches tratadas por Altas Presiones no se ha detectado la formación de lactulosa, por lo que en este aspecto, la presurización de éstas también constituye una ventaja. Estructuras covalentes que presentan bajo peso molecular como los sacáridos no son perturbados por presiones de 100-200 MPa y esto se debe a que los enlaces covalentes no son compresibles a esos valores de presión. Por otra parte, la alta presión afecta a la transición sol-gel de los polisacáridos, formándose geles diferentes a los obtenidos por aplicación de calor.

2.4. Efecto de las APH en las vitaminasEn general las APH a temperaturas moderadas mantienen el contenido de vitaminas de frutas y hortalizas, sin embargo no ocurre lo mismo a altas temperaturas. Las APH es el proceso tecnológico que menos afecta a las vitaminas hidrosolubles, lo que contribuye a conservar la calidad nutricional del producto.

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2.5. Efecto de las APH en el color de los alimentosLos tratamientos de altas presiones a temperaturas bajas o moderadas tienen un efecto limitado sobre los pigmentos (clorofila, carotenoides, antocianinas, etc.) responsables del color en frutas y verduras. Los carotenoides y antocianinas son bastante estables a los tratamientos de APH. Los pigmentos pueden variar durante el almacenamiento debido a la incompleta inactivación de enzimas y microorganismos.Los tratamientos a APH a temperatura ambiente producen pocos cambios en el color verde de los vegetales. En algunos casos, el color verde llega a ser incluso más intenso. Esto puede ser debido al escape de clorofila al espacio intercelular como consecuencia de la rotura celular durante el tratamiento de APH, desencadenando en un verde brillante más intenso en la superficie del vegetal.

2.6. Efecto de las APH en la texturaLos cambios de textura en frutas y hortalizas pueden estar relacionados con transformaciones en los polímeros de la pared celular debidos a reacciones enzimáticas y no enzimáticas. Debido a la rotura celular durante el tratamiento a APH, los iones, sustratos y enzimas que se encuentran localizados en diferentes compartimentos celulares pueden ser liberados e interaccionar unos con otros. El grado de rotura celular no sólo depende del nivel de presión aplicada sino del tipo de célula al que se aplica.

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3.1. Aumento del periodo de conservación del producto

En un gran número de casos, su aplicación es debida a que aumenta el periodo de conservación del producto, manteniendo una calidad organoléptica (superior a otros tratamientos de conservación) y obteniendo productos seguros, mediante la eliminación de patógenos como, por ejemplo, Salmonella en ovoproductos, Listeria en cárnicos y Vibrio en moluscos y crustáceos. Esto facilita la exportación de productos a otros países debido a la extensión de la vida comercial del alimento y además añade una ventaja adicional, ya que permite ampliar las exportaciones a países con mayores exigencias en cuanto a la seguridad alimentaria, como por ejemplo EE.UU. y Japón.

3.2. Transformación de productos

Otro campo de aplicación que despierta un gran interés es en la transformación de productos, en este caso el objetivo sería aprovechar el efecto de las Altas Presiones sobre los componentes de los alimentos para crear nuevas funcionalidades, texturas, presentaciones, etc. Algunos ejemplos son: Preparación de soluciones de proteínas (de huevo, de soja o suero lácteo) e hidrocoloides (pectina, almidón), como alternativa a la texturización por calor. Se obtienen geles más resistentes, de texturas únicas, como los flanes elaborados por presión con un intenso sabor a huevo y una textura diferente a la tradicional.Modificación de proteínas séricas para hacerlas más hidrofóbicas y así dotarlas de la capacidad de ligar aromas (frecuentemente hidrófobos) y hacerlos estables en alimentos bajos en grasas.

3. Principales aplicaciones industriales

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3.4. Apertura de crustáceos

En la apertura de crustáceos, como ostras y bogavantes entre otros, se encuentra una oportunidad de mercado única. El proceso consiste en someter ostras vivas a presiones de 240-350 MPa. durante 3 minutos. Estos tratamientos desnaturalizan el músculo abductor y por ello las ostras pueden ser abiertas con un esfuerzo mínimo. Esto reduce el esfuerzo y riesgo (accidentes laborales de los operarios con los cuchillos) que provoca el desconchado manual y reduce considerablemente el costo de esta tarea. A todo esto hay que agregarle el aumento de la vida útil bajo refrigeración a 3 semanas y la reducción del riesgo microbiano para los consumidores de ostras crudas, ya que este tratamiento inactiva los patógenos Vibrio parahaemolyticus, V. vulnificus, V. cholerae, V. hollisae y V. mimicus.

3.3. Congelación y descongelación de alimentos

En cuanto a la rápida congelación y descongelación de alimentos, la congelación asistida por presión se basa en la disminución de la temperatura de congelación por efecto de la presión. Cuando el alimento se encuentra bajo presión se disminuye la temperatura del recipiente de presurización hasta temperaturas bajo cero. La posterior liberación de presión provoca la inmediata y uniforme congelación del alimento, con formación de cristales de hielo de pequeño tamaño, ayudada por el enfriamiento adiabático. Del mismo modo pueden descongelarse de forma rápida alimentos en los que los cristales de hielo desaparecen al someterlos a presión, subiendo la temperatura antes de liberar la presión.

Figura 6. Ejemplo de aplicación de apertura de crustáceos

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3.6. Reducción del tiempo de absorción de agua en leguminosas

La aplicación de Altas Presiones sobre las leguminosas reduce el tiempo de absorción de agua. Los tratamientos a 275, 410, 550, ó 690 MPa a 25 ºC durante 5 minutos, incrementaron la velocidad de absorción de agua alcanzando la saturación en la mitad del tiempo utilizado por la muestra control, esto implica una reducción del tiempo de preparación y aunque la aplicación de esta tecnología requiere una inversión inicial considerable en la adquisición del equipo, los costes de operación son menores cuando se comparan con la mayoría de los tratamientos térmicos usados para ablandar la textura de las leguminosas. Además, la aplicación de esta tecnología no generaría las aguas residuales que se ocasionan por el remojo de las legumbres.

3.5. Aceleración del proceso de maduración del queso

Otro efecto interesante causado por la Altas Presiones, consiste en la aceleración del proceso de maduración del queso. Algunos estudios han visto que, tratamientos de 345 MPa durante un intervalo de 3 a 7 minutos aplicados sobre cuajada fresca de queso Cheddar lograron una formación inmediata de una microestructura similar a la que se puede observar en el queso madurado, además se observó una mejora en las propiedades visuales, de textura y de tacto. Las ventajas económicas de esta tecnología son importantes, principalmente el ahorro provocado al eliminar el almacenamiento refrigerado requerido durante la maduración del queso Cheddar.

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3.7. Mejora de la digestibilidad de productos cárnicos

En la carne y derivados además de alargar la vida útil en refrigeración tiene otros efectos importantes. La alta presión rompe la membrana de los lisosomas, de esta forma, las proteasas contenidas en ellos son liberadas al citoplasma. Las proteínas que han sido desnaturalizadas por la presión son más sensibles a las proteasas sin que su valor biológico se vea alterado. Esto mejora la digestibilidad y la disponibilidad, además de influir de forma positiva en el aroma y sabor de la carne.

3.8. Eliminación de anisakis

Por otra parte, científicos del Instituto del Frío (CSIC), señalan que el nematodo anisakis puede ser eliminado con un tratamiento suave de Altas Presiones (entre 140 y 200 MPa) con una duración de 10 a 15 minutos, frente a las 24 horas requeridas como mínimo para neutralizar el parásito con un proceso de congelación a -20 ºC, según la Agencia Española de Seguridad Alimentaria. Multitud de trabajos muestran que este nivel de presión no causa importantes alteraciones en la calidad del pescado fresco, y a la vez se consigue eliminar el nematodo con un considerable ahorro de tiempo y energía frente al procesado tradicional por congelación.

Figura 7. Ejemplo de aplicación de APH en productos cárnicos

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Ejemplos de aplicaciones comerciales


Productos cárnicos

Aguacate y guacamole Platos preparados

Pescados y mariscosZumos y procesado de frutas

Salsas, ensaladillas y rellenos

Lácteos

Alimentación infantil

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4. Conclusiones•La aplicación de APH hace que se retengan las características del producto fresco, de esta

forma se mantienen las propiedades sensoriales y nutricionales intactas.

•La aplicación de APH inactiva microorganismos (por lo que se aumenta la seguridad

alimentaria y la calidad durante la vida del producto).

•La aplicación de APH aumenta la vida útil del producto.

•La aplicación de APH evita o reduce la necesidad de conservantes y aditivos alimentarios.


En general, es una tecnología que ha introducido en el mercado una gran

variedad de productos innovadores listos para consumir, con una vida útil mayor,

un incremento de la calidad sensorial respecto a otros tratamientos de

conservación, un alto valor añadido, contenidos microbianos bajos y con una

elevada oportunidad comercial debido al creciente interés por parte del

consumidor de productos seguros con cualidades organolépticas similares a las

de los productos frescos. Sin embargo a la hora de implementarse esta

tecnología se debería actuar con cautela y evaluar los aspectos económicos ya

que se lucha contra tecnologías térmicas bien establecidas, económicamente

viales y efectivas para controlar los peligros de contaminación biológica.

Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera

Avenida de Grecia s/n41012 Sevilla (Sevilla) España

Teléfonos: 954 994 595 Fax: 955 519 107 e-mail: [email protected]

www.juntadeandalucia.es/agriculturaypesca/ifapa

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