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Componentes e Ingredientes de los Alimentos Tecnología de los Alimentos

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Componentes e ingredientes de los alimentos

Propiedades funcionales de componentes de los alimentos

Las propiedades funcionales de los alimentos se definen como cualquier propiedad

no nutricional que aprovechada convenientemente en la elaboración de los alimentos

participa en la consecución de las características propias del mismo, contribuye a mejo-

rarlas y/o favorecer su conservación.

Hay diferentes tipos de propiedades funcionales:

Propiedades dependientes de la interacción molécula-agua.

o Hinchado. Los polisacáridos se hinchan en presencia de agua.

o Adhesión

o Dispersabilidad. Macromoléculas, como proteínas y carbohidratos, que no

son solubles en agua se dispersan en el líquido formando suspensiones.

o Solubilidad

o Viscosidad. La consecuencia de fricción entre moléculas.

Propiedades dependientes de la interacción molécula-molécula.

o Precipitación.

o Gelificación. Atropamiento de agua en una red de macromoléculas.

o Cristalización

o Texturización. Generación de texturas a partir de macromoléculas.

Propiedades dependientes de la interacción molécula-interfase.

o Emulgente

o Espumante

o Detergente

Clasificación de los coloides alimentarios

Los sistemas coloidales son sistemas formados por dos fases inmiscibles entre sí. El

tamaño de las partículas varía entre 200 nm y 2 μm. Los sistemas coloidales constan del

90% de la alimentación hoy en día.

Los coloides son inestables termodinámicamente ya que contienen elevada cantidad

de energía que deben liberar.

Fase dispersa Fase continua Tipo de coloide Nomenclatura Ejemplos

Líquido Líquido Emulsión O/W W/O Leche, mayonesa, nata, all i oli

Sólido Líquido Sol (suspensión, dis-

persión), gel

S/L Purés, jaleas, mermeladas,

cremas, gomas

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Líquido Sólido Sol sólido L/S mantequilla, margarina

Sólido Gas Aerosol S/G Humo

Gas Sólido Espumas sólidas G/S Pan, helados

Las emulsiones de líquidos de diferentes densidades tienden a separarse. La emul-

sión consta de gotas de líquido de una densidad en otro líquido de densidad diferente.

Las gotas de líquido de densidad inferior tienden a flotar, lo que se conoce como cre-

mado. Las gotas formadas son todavía más grandes, y tienden a fusionarse por el proce-

so de agregación. Las gotas más grandes se fusionan entre sí, lo que se denomina coa-

lescencia. Al final, se produce separación en dos fases. Para establecer una emulsión,

hay que prevenir la fase de agregación y coalescencia.

Un emulgente es una molécula de carácter anfifílico

(carácter polar y apolar). Esta característica le permite situar-

se en la interfase entre agua y aceite. Hay diferentes sustan-

cias emulgentes:

Fosfolípidos

Proteínas – biopolímeros de aminoácidos que tienen ca-

racterísticas físico-químicas variables. La proteína suele

estar plegada pero puede desplegarse y situarse de otra


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forma en la interfase cuando se le aplique energía mecánica.

Un espesante ayuda a dar consistencia, evitando que haya separación por cremado

de las emulsiones. Da cuerpo, llenando espacios vacíos. Por ejemplo, a la mayonesa

Light se le añade espesantes. La estabilidad de las emulsiones depende de la interacción

entre gotas de lípidos, y el espesante evita esta interacción.

En un sistema estable, hay gotas dispersas; las fuerzas tienden a evitar o minimizar

el efecto.

Fuerzas de Van der Vaals. Determinan la energía de interacción.

2 2 2 2

2 2 2

2 4 2 4ln 1

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Ah a a a aUa R

R R R

Ah: constante de Hamaker

a: diámetro entre gotas

R: distancia entre partículas

Fuerzas electrostáticas. Siempre va a haber electrolitos que proceden de algún in-

grediente (lo más utilizado es el cloruro sódico). Las moléculas se localizan en la

superficie del aceite y las… contrarrestan la carga formando una capa más difusa,

así formando una doble capa eléctrica, que al ser… evita que acerquen.

1

2 22

DkT

z e c

D: constante dieléctrica del medio

k: constante de Boltzman

T: temperatura absoluta

z: carga de los iones

e: carga electrónica

c: concentración de electrolitos

Efecto de macromoléculas.

o Proteínas. Polielectrolitos con grupos laterales de diferentes grados de solu-

bilidad; tienen tendencia a adherirse a la superficie. Dos tipos diferentes:

Absorbibles. Protegen las gotas de lípido disminuyendo la interacción

entre gotas formando una capa protectora. Sólo ocurre si hay cantidad

suficiente para llegar a recubrir bien el lípido.

No absorbibles. Se unen si no hay mucho recubrimiento.

o Polisacáridos. Tienen elevada concentración de grupos hidroxilo que tiende

a asociarse con el agua. Son altamente eficaces como espesantes. También

incrementan la viscosidad de la fase continua, y por tanto retardan el acer-

camiento entre las gotas.

Propiedades funcionales de los carbohidratos


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Propiedades funcionales de los glúcidos

Los glúcidos (azucares sencillos) son solubles y cristalizables. No se quiere que se

cristalicen. Por ejemplo, en el caso de la miel no se puede modificar la composición, y

hay que aceptar su cristalización. Si se mezclan azucares, baja la probabilidad de que se

cristalicen, ya que los cristales son puros. La miel tendría que tener el doble de fructosa

que de glucosa para no cristalizarse, por ejemplo.

La higroscopicidad es la capacidad para captar humedad del ambiente; los glúcidos

varían en su higroscopicidad – la fructosa es la más higroscópica, seguida por la gluco-

sa, la sacarosa y al final la lactosa. En la industria también se utilizan otros productos,

como el sorbitol y el manitol, que tienen elevada capacidad humectante.

Los glúcidos provocan disminución en la actividad de agua, y por tanto tienen fun-

ción conservadora. Proporcionan un sabor dulce, y se pueden fermentar.

Propiedades funcionales de los polisacáridos

Los polisacáridos sirven de espesantes (goma guar, de garrofin o xanthana) o de ge-

lificante (carragenatos, alginatos y pectinas) según su estructura – si es lineal o ramifi-

cada.

Espesantes Gelificantes

Estructura ramificada Estructura lineal

Actúa con el agua (no entre sí) Actúa entre ellos mismos

El almidón consta de dos compuestos: amilosa y amilopectina. En los cereales, hay

una…

Al mezclar harina y agua fría, se forma una suspensión. Si se sube la temperatura

(en la gráfica), el calor hace que se … propiedades las fuerzas de Van der Vals.


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El … es la temperatura de gelatinización. Después de subir la temperatura, dismi-

nuye la viscosidad. Enfriando, se la gelificación (se forma un gel). La sinéresis se a

cuando sale un poco de agua al retrogradarse la red interior del gel.

Los polisacáridos también se utilizan en la extrusión que es la creación de estructu-

ras a partir de dispersiones de almidón (por ejemplo los corn-flakes). La extrusión cons-

ta de preparar una dispersión de almidón y otos polisacáridos, que se mezcla en el inter-

ior de extrusionador por movimientos de un tornillo. A lo largo del contenedor se ca-

lienta el contenido (fuente externa de calor) y se empuja por la fuerza del tornillo. La

elevada temperatura y presión favorecen la interacción entre partículas. Al final el con-

tenido se empuja con fuerza por un pequeño orificio, y la masa se corta con un cuchillo.

Hay dos tipos de productos extrusionados: de alta densidad (como los cereales de

desayuno) y de baja densidad (como el arroz inflado). En el segundo tipo, el extrusiona-

dor está diseñado para que el vapor de agua volatilice al salir de extrusionador, inflando

el producto.

Otro producto fabricado por extrusionadores son las pastas instantáneas, mediante

un proceso que permite la gelatinización del almidón sin que se rompa su granulo. El

extrusionador sólo da forma en este caso. Al añadir agua caliente, el producto se humi-

difica.


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Propiedades funcionales de las proteínas

Las proteínas pueden actuar como emulsionantes (interfase aceite-agua) y espuman-

tes (interfase agua-aire).

Otra utilización de las proteínas es como gelificante. Para que la proteína pueda ser-

vir como gelificante, ha de sufrir desnaturalización parcial seguida por la agregación de

las partículas y su la gelificación del producto. Hay varias maneras de provocar la des-

naturalización de las proteínas y su gelificación:

Ajuste de pH. Ejemplo: yogur.

Hidrólisis enzimática. Se utilizan la tripsina y la pepsina, que actúan sobre la ca-

seína cuajándola. En la preparación de quesos se utiliza este método; se separa el

cuajo del suero, que se utiliza para producir otros quesos, como el requesón.

Calor. Coagulación de las proteínas.

Adición de elevada carga de electrolitos. Los electrolitos compiten con las proteí-

nas por el agua, lo que provoca la deshidratación superficial de la proteína y su

desnaturalización.

Las proteínas se utilizan en procesos de texturización, que es la generación de es-

tructura a partir de una dispersión de proteínas. Este proceso da textura parecida a carne

(sustitutivos de carne).

La capacidad de retención de agua de una proteína depende de su punto isoeléctrico.

Las proteínas alejadas de su punto isoeléctrico retienen agua, ya que no están plegadas

en su manera habitual. Cuando están en su punto isoeléctrico, se favorece la expulsión

de agua.

Propiedades funcionales de los lípidos

Los lípidos añadidos a alimentos incrementan la palatabilidad del producto. Tam-

bién son factores importantes en la determinación de la textura, en función del intervalo

de puntos de fusión: diferentes mezclas de grasas tienen diferentes intervalos de puntos

de fusión, lo que modifica su actitud en diferentes temperaturas. Las diferentes mezclas

también modifican la estabilidad del producto, como por ejemplo el chocolate, que debe

fundir en la boca pero no al tocar la mano. En bollería industrial suelen utilizar masas

plásticas, que son mezclas de grasas con un intervalo de puntos de fusión muy amplio,

para poder trabajar con la masa y conseguir la textura deseada.

Los triglicéridos pueden cristalizarse de 3 formas distintas (α, β y β’), que son las

formas polimórficas; cada forma polimórfica se caracteriza por diferente punto de fu-

sión, estructura cristalográfica distinta etc. La forma α tiene el punto de fusión más bajo,

y la forma β’ tiene la más elevada.

Hay triglicéridos que tienden a cristalizarse en una for-

ma u otra; también influye el tratamiento de la materia gra-

sa, que condiciona la formación de diferentes cristales. Los

cristales pueden pasar de una forma a otra, siempre y cuan-

do pasan de una forma menos estable a otra más estable.

Por ejemplo, la forma α presenta cristales pequeñitos,

producidos por un bajar muy rápido por debajo del punto de

fusión. Esta forma no es muy estable, y pasa rápidamente a una de las otras formas.


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Aditivos

Un adivito es cualquier sustancia que se añade intencionadamente a los alimentos y

bebidas sin el propósito de modificar su valor nutritivo y con la finalidad de mejorar sus

características, técnicas de elaboración o conservación y adaptación al uso al cual van

destinados. Los aditivos se diferencian de los auxiliares tecnológicos o coadyuvantes,

que son sustancias añadidas a los alimentos con acción transitoria, destinada a facilitar

un proceso tecnológico. No deben estar presentes en el alimento, o bien, sólo presenta-

res en trazas. Ejemplo: gas de expulsión para nata montada.


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Aditivos que mejoran las propiedades organolépticas

Edulcorantes

Los edulcorantes tienen sabor dulce

muy potente comparado con la sacarosa

(1), a veces llega a 500.

Sacarina

Aspartame

Acesulfame

Aromatizante y saborizantes

Extractos naturales aromáticos

Aromas destilados

Aromas sintéticos

Glutamato monosódico

Inosin-mononucleótido

Guanin-mononucleótido

Colorantes naturales

Clorofila

Carotenoides

Antocianos

Carmín

Colorantes sintéticos

Clorfilina cúprica (semi-sintética)

Carotenoides sintéticos

Rojo ponceau (azoico)

Tartazina (amarillo, azoico)

Eritrosina (rojo cereza, santeño)

Amarillo nº 6 (azoico)

Rojo nº 2 (amaranto, azoico)

Rojo 2G (rojo azulado, azoico)

Verde S (trifenilmetano)

Azul brillante (trifenilmetano)

Azul potente (trifenilmetano)

Acidulantes

Ácido fosfórico

Ácido cítrico

Ácido tartárico

Sales acidas

Aditivos que impiden o retrasan alteraciones de alimentos

Antioxidantes y quelantes

α-tocoferol

Palmitato de ascorbilo y análogos

Terbutil-hidroxi-anisol (BHA)

Diterbutil-4-metil-fenol (BHT)

Esteres del ácido gálico

Flavonoides

Citrato

Tártaros

Ácido TOG

Ácido glucónico

Antimicrobianos

Anhídrido sulfuroso y bisulfitos

Ácido benzoico

Ácido acético

Ácido propiónico

Ácido sórbico

Nitritos y nitratos

Antibióticos: nisina

Mejorantes de la textura de los alimentos

Espesantes y gelificantes

Alginatos

Carregenatos

Agar

Gomas de garrofín y de guar

Celulosas modificadas

Pectinas

Almidones

Gelatina


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Humectantes

Sorbitol

Xilitol

Isomalt

Antiaglomerantes

Silicatos de calcio, magnesio o aluminio

Fosfato cálcico

Esteratos de calcio y magnesio

Emulgentes

Lecitinas

Mono- y diglicéridos

Proteínas de leche

Glicéridos de hidroxiácidos

Ésteres de azucares

El agua en los alimentos

El agua en sus tres estados físicos es abundante en los alimentos. Es el componente

mayoritario de los seres vivos, y por tanto de los alimentos (60-70% en carnes, 80-95%

en verduras). El agua actúa como portadora de sustancias nutritivas y productos de des-

hecho, pero también es altamente reactiva (participa en muchas reacciones bioquímicas)

a la misma hora de actuar como medio de reacción.

La presencia de agua en los alimentos determina algunas de las propiedades del

alimento:

Susceptibilidad a la alteración. Más contenido de agua, más alteración.

Calidad

Diseño de procesos tecnológicos, en función de la capacidad de transición de calor

etc.

Costes económicos. Más contenido de agua, menos coste.

Características fisicoquímicas de agua y hielo

Punto de fusión: 0º a presión atmosférica

Punto de ebullición: 100º a presión atmosférica

Calor latente de fusión: 6.012 kJ/mol

Calor latente vaporización: 40.63 kJ/mol

Calor latente de sublimación: 50.91 kJ/mol

Las constantes físicas del agua sugieren que entre sus moléculas hay fuerzas de

atracción muy fuertes y que tiene estructura química poco común.

En la molécula de agua, el oxígeno forma dos enlaces covalentes con dos átomos de

hidrógeno. El ángulo formado entre los dos enlaces es de 104º. La distribución asimétri-

ca de cargas produce un dipolo eléctrico. La naturaleza polar de la molécula de agua

permite la formación de puentes de hidrógeno entre las diferentes moléculas, y a causa

de la ordenación tetraédrica modificada de la molécula, ésta tiende a establecer 4 enla-

ces de hidrogeno con 4 moléculas vecinas.

Estructura del hielo

En el estado sólido, cada molécula establece puentes de hidrógeno con 4 moléculas

vecinas, formando una estructura cristalina hexagonal. Es un sistema dinámico, porque

Tecnología de los Alimentos El Agua en los Alimentos

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los cristales no son perfectos y están en movimiento continuo – vibran unos 0.4 Å a

temperatura de -10º; hay que bajar la temperatura por debajo de -180º para fijar los áto-

mos de hidrógeno y conseguir un sistema estático. Al ser un sistema dinámico, el hielo

puede presentar actividad de ciertas reacciones bioquímicas, aunque son muy lentas.

Estructura del agua

A temperatura de 0º, se rompen el 15% de los puentes de hidrógeno preexistentes;

en el agua a 0º cada molécula está unida a 3-4 moléculas adyacentes. A 100º todavía

hay fuertes interacciones moleculares; los enlaces de hidrógeno no se disocian totalmen-

te hasta que el vapor de agua se caliente a 600º.

La vida media de los puentes de hidrógeno es de 10-10

a 10-11

segundos, y por tanto

las moléculas se organizan en agrupaciones fluctuantes. La velocidad en que se forman

y deshacen los puentes de hidrógeno en los sistemas acuosos supera la velocidad de

formación y destrucción de la mayoría de enlaces covalentes, lo que tiene ventaja bio-

lógica, porque los puentes de hidrógeno pueden participar en las reacciones bioquími-

cas.

Interacciones del agua con los solutos

Tipo Ejemplo Fuerza de interacción comparada con

interacción agua-agua

Dipol-ión Agua-ión libre

Agua-grupo cargado de molécula orgánica

Más fuerte

Dipol-dipol Agua-grupo amina

Agua-grupo carboxilo Agua-grupo hidroxilo

Similar

Hidratación hidrófoba Muy menor

Interacción hidrófoba No comparable

Interacción agua-ión o grupo iónico

Esta interacción restringe la movilidad del agua, ya que rompe su estructura normal.

Esta rotura depende de la relación carga-radio y de la intensidad del campo eléctrico que

crean los iones.

Iones pequeños y/o multivalentes, con campos eléctricos intensos son formadores

de estructura: Li+, Na

+, H3O

+, Ca2

+, Mg2

+, Al3

+, F

–, OH

–.

Iones grandes y monovalentes con campos eléctricos débiles rompen la estructura:

K+, NH3

+, Cl

–, Br

–, I

–, NO3

–, ClO4

–.

Los iones afectan la disponibilidad del agua hacia otros solutos y sustancias suspen-

didas en el medio. La cantidad de partículas en una unidad de volumen afecta las pro-

piedades colicuativas de la solución, que son la presión osmótica, punto de ebullición,

punto de congelación y presión de vapor; mayor cantidad de partículas en una unidad de

volumen incrementa la presión osmótica y el punto de ebullición, pero disminuye el

punto de congelación y la presión de vapor.

Interacción con grupos neutros formadores puentes de hidrógeno

El Agua en los Alimentos Tecnología de los Alimentos

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Los grupos neutros formadores de puentes de hidrógeno son los solutos hidrofílicos:

azucares, alcoholes simples, proteínas, aldehídos y cetonas. Esta interacción es de fuer-

za similar a las interacciones agua-agua. La primera capa puede tener o no movilidad

restringida comparada con el agua pura; en algunos casos se rompe la estructura típica

del agua. Los enlaces de hidrógeno pueden darse con varios grupos (amina, carboxilo,

hidroxilo etc.) y pueden establecerse puentes de agua, cuando una molécula de agua in-

teracciona con varios grupos de la misma macromolécula.

Interacción con sustancias no polares

Las sustancias apolares incluye los hidrocarburos, grupos apolares de ácidos grasos,

aminoácidos y proteínas.

Interacción hidrofóbica (HH)

Este tipo de interacción es termodinámicamente desfavorable. Se caracteriza por la

formación de hidrato aclarado, que es una estructura cristalina similar al hielo, que crea

una inclusión formada por puentes de hidrógeno en la primera capa de agua, lo que mi-

nimiza el contacto del agua con el grupo apolar. Se cree que se da con el agua adyacente

a los grupos hidrófobos de alcoholes, aminoácidos, ácidos grasos libres y proteínas.

Interacción hidrofóbica (HI)

Cuando hay dos o más grupos apolares, estos se asocian interaccionando entre sí y

minimizando el contacto con el medio acuoso. El paso de HH a HI es favorable termo-

dinámicamente. La HI es una de las fuerzas más importante a la hora que las proteínas

se pliegan.

Tipos de agua en los alimentos

Agua ligada

Diferentes definiciones propuestas:

Agua de movilidad restringida (por la interacción con otras moléculas)

Agua que no se congela a temperaturas superiores a -40º

Agua que no está disponible como solvente en caso de llegada de nuevos solutos a

la disolución

Agua que se mueve con las moléculas (por ejemplo en proceso de sedimentación)

Agua que se encuentra en las capas vecinas a los solutos y otros constituyentes no

acuosos

Conceptualmente, el agua ligada se puede definir como el agua que hay alrededor

de los solutos y otros constituyentes no acuosos y que tiene propiedades significativa-

mente diferentes de las que tendría el agua que no interaccione con ningún componente

del mismo sistema. Sólo una pequeña parte corresponde a agua ligada.

Capacidad de retención de agua (CRA)

La capacidad de retención de agua describe la habilidad de matrices de moléculas

(tejidos, geles), normalmente macromoléculas, de atrapar a grandes cantidades de agua;

incluye casi toda el agua de de los tejidos o los geles es agua retenida o atrapada física-


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mente, que se comporta como agua pura (no ligada a nada) durante el procesado de los

alimento. Características:

Se elimina fácilmente durante el secado

Se convierte fácilmente durante la congelación

Está disponible como solvente

Movilidad restringida, pero el movimiento de las moléculas consideradas indivi-

dualmente es comparable al de las moléculas de agua en una disolución salina di-

luida.

La disminución de CRA tiene un efecto profundo en la calidad de los alimentos,

como por ejemplo la sinéresis de los geles o el exudado de congelación.

Contenido en agua

El contenido de agua se puede expresar de dos formas distintas:

Sobre base húmeda, utilizado habitualmente en tablas de composición:

100g aguam

g muestra

Sobre base seca, utilizado frecuentemente en cálculos de procesos e isotermas de

sorción.

g aguaM

g muestra


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Actividad del agua (Aw)

La actividad del agua es un término desarrollado para medir la intensidad con la

cual el agua se asocia a los componentes no acuosos de los alimentos, o dicho de otra

manera, medir la disponibilidad del agua para las reacciones de alteración y crecimiento

microbiano.

La actividad del agua se define como la relación entre la presión de vapor del agua

de una solución o de un alimento (P) respecto a la presión de vapor de agua pura (P0) a

la misma temperatura:

0

w

Pa

P

La ley de Raoult dice que la disminución relativa de la presión de vapor de un líqui-

do al disolver un soluto en el solvente es igual a la fracción molar del solvente:

2

0 1 2

nP

P n n

P – presión de vapor de la solución

P0 – presión de vapor del agua pura

n1 – moles de soluto

n2 – moles de solvente

La actividad de agua oscila entre 0 y 1, y es adimensional.

La actividad de agua de un alimento tiende a equilibrarse con la humedad del am-

biente en que se encuentra, de manera que frecuentemente se expresa como la humedad

relativa en equilibrio (% HRE):

100w

HREa

Clasificación de los alimentos según la actividad del agua

Alimentos de humedad alta – más de 50% agua y aw de 0.9 a 0.999.

La mayoría de los alimentos frescos pueden ser considerados de humedad alta. Su

vida útil está condicionada por el crecimiento microbiano.

o Carne, pescado, productos lácteos, frutas, vegetales, bebidas.

Alimentos de humedad intermedia – 10-50% agua y aw de 0.6 a 0.9.

o Alimentos no procesados: frutos secos, granos de cereales.

o Alimentos procesados:

De consumo directo: carnes saladas y curadas, pescado salado, quesos,

mermeladas, alimentos de animales de compañía.

De consumo después de rehidratar: pasta rellena, leche condensada, so-

pas, salsas, concentrados de carne.

Consumo después de deshidratar: frutas deshidratados, pasteles de frutas.


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Alimentos de humedad baja – menos de 10% agua y aw inferior a 0.6. No hay pe-

ligro de deterioramiento microbiano, pero pueden sufrir deformaciones estructura-

les, cambios enzimáticos, escurrimiento, autooxidación.

Contenido en humedad y actividad de agua de algunos alimentos

Alimento Contenido en humedad

aw Grado de protección requerido Base húmeda (%) Base seca

Hielo (0º) 100 1.00 Envasar para prevenir

pérdida de agua Carne fresca 70 2.3 0.985

Pan 40 0.66 0.9

Hielo (-10º) 100 0.91

Mermelada 35 0.56 0.86

Hielo (-20º) 100 0.82

Harina 14.5 0.16 0.72 Protección mínima o innecesaria

Hielo (-50º) 100 0.62

Pasas 27 0.37 0.6

Pasta 10 0.11 0.45

Cacao en polvo 3 0.03 0.45 Envasar para prevenir

captación de agua Galletas 5 0.05 0.2

Leche en polvo 3.5 0.036 0.11

Patatas chips 1.5 0.015 0.08

Isotermas de sorción de agua

Las isotermas de sorción de agua son graficas que relacionan el contenido en agua

de un alimento con su actividad de agua, o dicho de otra manera, con la humedad relati-

va de la atmósfera que envuelve el alimento, una vez se ha establecido el equilibrio y a

una temperatura constante.

Ligeras variaciones en la humedad de un alimento con alto contenido en agua influ-

yen muy poco en su actividad de agua, mientras que las mismas variaciones en un ali-

mento de bajo contenido en agua influyen significativamente en su actividad de agua.


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Las isotermas de sorción tienen forma sigmoidea con pequeñas variaciones según la

estructura física del alimento y su composición química, la temperatura y su capacidad

de retención de agua.

Tipos de agua en los alimentos


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Zona A

Agua fuertemente ligada y con movilidad restringida – es la primera capa que en-

vuelve a los solutos

Agua de cristalización de azucares y sales

Agua de la capa monomolecular ligada a grupos polares mediante interacciones

agua-ión y agua-dipol (grupos amina y carboxilo de las proteínas, grupos hidroxi-

lo de azucares)

Esta agua es muy difícil de extraer; no es congelable por debajo de -40º y no está

disponible para actuar como solvente o reactivo. Es una cantidad muy pequeña del agua

total, y corresponde a la actividad de agua entre 0.2 y 0.3.

Zona B

Corresponde al agua de las siguientes capas de hidratación (aga de la multicapa) de

los constituyentes solubles (proteínas, sales, azucares). Interacciona con el agua de la

monocapa en o en lugares libres de los constituyentes no acuosos. También incluye el

agua retenida físicamente en las capilares pequeñas (inferiores a 1 μm de diámetro).

Esta agua es débilmente ligada, y su punto de congelación es inferior a -40º en la

mayoría de las veces; su capacidad solvente es reducida. Corresponde a la actividad de

agua entre 0.2-0.3 y 0.8.

Las zonas A y B incorporan juntas menos de 5% del contenido de agua de un ali-

mento de humedad elevada.

Zona C

Esta agua es la menos ligada y la más móvil; su punto de congelación está ligera-

mente disminuido respecto al agua pura. Corresponde al agua retenida físicamente entre

membranas y capilares de diámetro superior a 1 μm y en geles. El agua de la zona C se

elimina fácilmente y es responsable de la alteración de los alimentos, porque está dispo-

nible para el crecimiento microbiano y las reacciones químicas. Constituye la mayor

parte del agua en los tejidos frescos, y corresponde a las actividades de agua entre 0.88

y 0.999.

Adsorción

Cuando el alimento se sitúa en un ambiente con humedad relativa superior a la

humedad relativa del equilibrio del alimento, el alimento se fijará vapor de agua hasta

que llegue al equilibrio con el ambiente, absorberá agua.

Desorción

Si el alimento se sitúa en un ambiente con humedad relativa inferior a la humedad

relativa de equilibrio correspondiente a su contenido de agua, el alimento cederá agua

mediante el proceso de desorción.


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Histéresis

En general, para un mismo producto, la isoterma de adsorción no coincide con la

de desorción; en una misma actividad de agua (a temperatura constante), los alimentos

siempre tienen mayor contenido de agua durante la desorción que durante la adsorción.

La diferencia es de magnitud variable que depende de la composición del alimento,

cambios físicos que ocurren cuando se añade o se elimina agua, la cantidad de agua eli-

minada durante la desorción y la temperatura.

Hay dos razones que explican el fenómeno de la histéresis:

Durante la desorción, se pierde agua más o menos ligada, mientras que durante la

adsorción, el agua captada no tiene o tiene menos puntos de unirse, debido a las

interacciones de los constituyentes no acuosos entre ellos. Durante la desorción,

con el mismo contenido de agua, hay más agua libre en la adsorción que en la de-

sorción (actividad de agua superior en la adsorción).

El alimento retiene agua en las capilares. Durante la adsorción, el agua captada

tiene más dificultad para entrar allí (la presión de vapor requerida para penetrar el

alimento es mayor que la requerida para salir). Para un mismo contenido de agua,

en la adsorción hay más agua fuera de las capilares y en la desorción, hay más

agua en su interior.

Aplicación de las isotermas de sorción

Evaluar estabilidad

Prever y/o evitar la transferencia de humedad entre componentes

Estimar el tiempo máximo de almacenamiento de un producto en un envaso con

una permeabilidad al vapor de agua conocida

Mejorar los proceso de conservación basados en la reducción del contenido de en

agua: determinación del contenido de humedad óptimo


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Importancia de la actividad de agua en la alteración de alimentos

Margen aw Alteración Alimento

1.00-0.95 Se inhiben Pseudomonas, Escherichia, Bacillus, Clostridium perfringens y algunas levaduras.

Alimentos frescos altamente susceptibles de degeneración; alimentos con 40% de sacarosa o 7% de sal, salchichas

cocidas, pan.

0.95-0.91 Límite inferior para el crecimiento bacteriano (en general). Se

inhiben Salmonella, Vibrio, Clostridium botulinum, Lactoba-cillus, algunos hongos y levaduras.

Alimentos con 55% de sacarosa, 12% de sal, jamón curado,

queso semi-curado. Alimentos de humedad intermedia (aw entre 0.55 y 0.9).

0.91-0.87 Se inhiben la mayoría de levaduras Alimentos con 65% de sacarosa, 15% de sal, salami, queso curado, margarina.

0.87-0.8 Límite inferior para la mayoría de actividades enzimáticas y para el crecimiento de la mayoría de hongos

Harina, arroz (15-17% de agua) pasteles de frutas, leche condensada edulcorada.

0.8-0.75 Límite inferior para las bacterias halófilas Mazapán (15-17% de agua), mermeladas.

0.75-0.65 Límite inferior para el crecimiento de la mayoría de los hon-

gos xerófilos

0.65 Máxima velocidad de las reacciones Maillard Frutos secos, melazas.

0.65-0.6 Límite inferior para el crecimiento de levaduras osmófilas y

algunos hongos

Frutos secados (15-20% de agua), caramelos (8% de agua),

miel.

0.55 Se desordena el DNA. No hay proliferación bacteriana

0.5 Pasta (12% de agua), especias (10% de agua).

0.4 Velocidad de oxidación mínima Huevo en polvo (5% de agua)

0.3 Galletas (3-5% de agua)

0.25 Máxima resistencia al calor de las esporas bacterianas

0.2 Leche en polvo (2-3% de agua), vegetales deshidratados (5% de agua), corn-flakes (5% de agua).

Contaminación biótica

Introducción

La contaminación es un riesgo para la salud y deteriora el alimento. Se divide en

dos clases:

Contaminación abiótica. Contaminación proveniente del medio ambiente, medi-

camentos veterinarios y aditivos incorporados en los piensos de o bien de los pro-

cesos tecnológicos y tratamientos culinarios.

Contaminación biótica. Causada por microorganismos que pueden ser presentes

en los alimentos, multiplicarse en él o producir metabolitos.

Origen de la contaminación biótica

La contaminación biótica puede provenir de origen endógeno o exógeno.

Origen endógeno (contaminación primaria)

Patógenos

Bacterias y parásitos agentes de zoonosis presentes en el origen animal del ali-

mento. Ejemplos: tuberculosis, brucelosis, listeriosis, fiebre Q, carbúnculo, triqui-

nelosis, toxoplasmosis, giardiasis, cryptosporidiosis.

Hongos filamentosos productores de micotoxinas

Causantes de deterioramiento

Bacterias saprófitas

Contaminación Biótica Tecnología de los Alimentos

20

Agentes de enfermedades en animales y plantas

Origen exógeno (contaminación secundaria)

Hay varios orígenes de contaminación secundaria:

Ubiquitario. La contaminación se produce por contacto directo con los agentes

contaminantes. Ejemplos: Listeria, Pseudomonas, Vibrio cholerae, Clostridium,

protozoos.

Humano. La persona que elabora el alimento es responsable de la contaminación.

o Tracto gastrointestinal: enterobacterias, virus.

o Vías respiratorias: Staphylococcus.

Otros

Las principales fuentes de contaminación secundaria es agua no potable, manipula-

dores del alimento y contaminación cruzada (cuando el microorganismo pasa de un ali-

mento a otro); la contaminación cruzada puede ser directa (por contacto entre alimentos)

o indirecta (por un mediador, normalmente a través del manipulador).

Patógenos

o Bacterias

o Hongos filamentosos productores de micotoxinas

o Virus

o Parásitos

Causantes de deterioramiento

Indicadores de deficiencia de calidad higiénica

o De origen no fecal

o Origen fecal

Agentes de la contaminación biótica

Bacterias patógenas

o Infecciones. El patógeno se multiplica en el intestino. Salmonella, Campylo-

bacter, Y. enterocolitica, L. monocytogenes, E. coli.

o Intoxicaciones. El trastorno está causado por consumo de toxina en alimento.

S. aureus, C. botulinum, B. cereus (emético).

o Toxiinfecciones. Consumo de alimento con microorganismos y toxinas. C.

perfringens, B. cereus (diarreico), E. coli, Vibrio.

Enzimas. Pueden provocar alteraciones del alimento o servir en la obtención de

alimentos fermentados.

o Degradación de los hidratos de carbono

o Degradación de las proteínas

o Degradación de los lípidos

Tecnología de los Alimentos Contaminación Biótica

21

Enzima Efecto

Proteasas Formación de mucus

Carbohidrasas Emblandecimiento

Lipasas Liquefacción

Lipooxigenasas Separación de componentes

Lecitinazas Producción de gas

Desaminasas Producción de ácidos

Descarboxilasas Formación de aroma (favorable o desfavorable)

Toxinas. Intoxicaciones y toxiinfecciones bacterianas.

o Micotoxicosis. Factores que determinan el crecimiento de hongos filamento-

sos y la producción de micotoxinas. Depende de varios factores, que no ne-

cesariamente condicionan la presencia del microorganismo en el alimento:

Temperatura ambiental

Oxígeno y grado de aireamiento

Actividad de agua y humedad relativa ambiental

pH

Composición

Sustancias antimicrobianas

o Productos de la fermentación: ácidos orgánicos, peróxido de hidrógeno, eta-

nol.

o Bacteriocinas: nisina, lacticina y pediocinas.

Toxinas producidas por algas – se acumulan en los moluscos filtradores.

Parásitos.

o Origen:

Origen endógeno (del animal afectado)

Origen exógeno (por aguas contaminadas, condiciones inadecuadas de

manipulación o conservación).

o Inactivación de los parásitos

Por aplicación de calor (cocinado suficiente)

Por congelación. Tecnología obligatoria a en ciertos productos de pesca-

dería destinados a consumirse frescos; se congelan a -20º durante 24

horas (en estados unidos 7 días).

o Ejemplos: Anisakis, Cryptosporidium.

Virus. Las zoonosis víricas prácticamente no se transmiten por alimentos.

o Origen:

Origen endógeno (producto animal derivado de un animal infectado)

Origen exógeno (manipulación)

o Inactivación:

Calor, acidez, desecación, rayos x.


22

Agotamiento. La capacidad infectiva del virus va disminuyendo con el

tiempo.

o Ejemplos:

Virus entéricos

Hepatitis A. Es más resistente – para inactivarlo hay que aplicar trata-

miento térmico de 95º durante 90”.

Factores que afectan la supervivencia y el crecimiento mi-

crobianos

Las bacterias y hongos (tanto filamentosos como levaduras) se multiplican en los

alimentos y se utilizan para la elaboración de alimentos fermentantes, obtención de adi-

tivos o como probióticos (microorganismos con efecto beneficioso sobre la salud del

consumidor). En el procesado de los alimentos se puede inhibir, destruir o favorecer el

crecimiento de ciertos microorganismos.

Factores intrínsecos

Los factores intrínsecos son:

Componentes de los alimentos

Estructura del alimento

Actividad de agua

Potencial RedOx

pH


23

Componentes de los alimentos

Contenido en nutrientes

Fuente de energía – azucares sencillos, alcoholes y aminoácidos.

Fuente de nitrógeno – aminoácidos, nucleótidos, péptidos y proteínas.

Vitaminas y factores de crecimiento asociados – vitaminas del grupo B.

Minerales

Los diferentes microorganismos tienen diferentes requisitos nutricionales. Ordena-

dos de mayor necesidad de nutrientes a menor:

Bacterias Gram positivas

Bacterias Gram negativas

Levaduras

Hongos filamentosos


La presencia de sustancias antimicrobianas en el alimento condiciona el crecimiento

y supervivencia microbiana. Las sustancias antimicrobianas pueden ser naturales (de

origen animal, vegetal y microbiano) o sintéticas.

Alimentos de origen vegetal

Ácidos orgánicos – ácido cítrico

Aceites esenciales – canela, cebolla,

ajo

Fitoaleuxinas – se producen en res-

puesta a agresión

Fenoles, pigmentos y compuestos re-

lacionados

Alimentos de origen animal

Transferrinas – moléculas que quelan

el hierro

Adivina – liga la biotina del huevo

Sistema lactoperoxidasa

Lisozima – enzima en secreciones y

huevo. Lisa la pared de las bacterias

Gram positivas.

Estructura del alimento

Diferentes estructuras del alimento sirven de barreras naturales contra los microor-

ganismos:

Cubiertas y piel de frutas

Testa de las semillas

Cáscara del huevo

Cáscara de los crustáceos

Valvas de los moluscos

Fascias musculares – pocos microorganismos tienen las enzimas necesarias para

romper el tejido conjuntivo.

Actividad de agua

La actividad de agua limita la capacidad de los microorganismos de supervivencia y

crecimiento.


24

Microorganismo Actividad de agua mínima

Bacterias Gram negativas 0.95

Bacterias Gram positivas 0.9-0.91

Levaduras 0.83

Bacterias halófilas 0.75-0.8

Hongos filamentosos 0.74-0.75

Hongos filamentosos xerófilos 0.65-0.75

Levaduras osmófilas 0.6-0.65

Potencial RedOx

El potencial RedOx determina la facilidad con la cual un sustrato pierde o gana

electrones (se oxida o se reduce); depende de la composición en agentes reductores y

oxidantes y de la presencia de oxígeno en el alimento.

Agentes reductores

Ácido ascórbico

Azucares reductores

Grupos –SH de proteínas

Agentes oxidantes

Oxígeno molecular

Nitratos, nitritos, óxido nítrico, sul-

fato, dióxido de carbono

Compuestos orgánicos – piruvato

El oxígeno determina las rutas metabólicas específicas para generar energía y el

crecimiento de los microorganismos.

Efecto de del oxígeno atmosférico (0-21%) sobre la velocidad de crecimiento de los

microorganismos:

1. Anaerobios

2. Microaerófilos

3. Aerobios

4. Anaerobios facultativos

pH

Intervalos de pH para el crecimiento de los microorganismos:

pH Mínimo Óptimo Máximo

Bacterias 4.5 6.5-7.5 9.0

Hongos filamentosos 1.5-3.5 4.5-6.8 8.0-11.0


25

Levaduras 1.5-3.5 4.0-6.5 8.0-8.5

Los hongos filamentosos pueden aguantar pH alcalino porque provocan hidrólisis

de proteínas, lo que incrementa el pH del medio.

Hay una excepción en el grupo de las bacterias – hay unas cepas de Salmonella que

pueden crecer pH de 4.1 siempre y cuando las demás condiciones son óptimas.

pH de algunos alimentos:

Clara de huevo 7.6-9.5 Pan 5.0-6.0

Leche 6.7 Embutidos 4.4-5.6

Yema de huevo 6.0-6.3 Zumo de tomate 3.9-4.7

Cebolla 5.3-5.6 Melocotón 3.7-4.2

Carne de cerdo, ternera 5.3-6.2 Naranja 2.8-4.0

Factores extrínsecos

5. Temperatura

6. Humedad relativa

7. Composición gaseosa de la atmósfera

8. Factores de proceso

Temperatura

Clasificación de los microorganismos según su temperatura óptima e intervalos de

crecimiento:

Temperatura Mínima Óptima Máxima

Termófilos 45º 55º 70º

Mesófilos 10º 35º 45º

Psicrófilos -5º 15º 20º

Psicrótrofos – bacterias que crecen a temperaturas de refrigeración (0-5 grados)

aunque no es su temperatura óptima. Bacterias alteradoras (Pseudomonas, bacte-

rias del ácido láctico) y patógenos (Listeria, Clostridium botulinum); algunas ce-

pas de Salmonella pueden multiplicarse a 6º si todas las demás condiciones son

óptimas.

Termodúricos – resisten las temperaturas de pasterización

Efecto de la temperatura sobre el crecimiento de los microorganismos:


26

Humedad relativa

La actividad de agua se equilibra con la humedad relativa de la atmósfera. Oscila-

ciones de la temperatura en alimentos refrigerados provocan la condensación de vapor

de agua en superficie, lo que puede implicar subida en la actividad de agua en superficie

y la activación de microorganismos inactivados; importante en huevos (por eso no se

venden refrigerados). La cadena de frío puede romperse en el transporte al punto de

venta, en el mismo punto de venta o durante el transporte del punto de venta hacia el

consumidor.

Composición gaseosa de la atmósfera

Oxígeno – necesario para el crecimiento de microorganismos aerobios. Su ausen-

cia favorece los microaerófilos y anaerobios.

Dióxido de carbono – efecto bacteriostático y fungistático a partir del 10%.

Nitrógeno – desplaza el oxígeno. Sirve para evitar oxidación en frutos secos, pata-

tas chips etc.

Ozono. Efecto bacteriostático y fungistático, pero activa la oxidación lipídica.

Normalmente se utilizan mezclas de gases para diferentes alimentos; la carne, por

ejemplo, se envasa con dióxido de carbono (efecto bacteriostático y fungistático) pero

con oxígeno (para producir un color rojizo-vivo).

Factores de proceso

Tratamientos que facilitan el contacto microorganismo-alimento

Adición de conservantes

Adición de microorganismos fermentadores

Contaminación procedente del amiente de procesamiento

Otras tecnologías que persiguen la inactivación microbiana.

Interacciones entre microorganismos

Interferencia microbiana general


27

Hay diferentes mecanismos de interferencia, que dependen mayoritariamente de las

diferencias en la velocidad del crecimiento de diferentes poblaciones.

Competición por nutrientes. Pseudomonas cala hierro – puede crecer en ambien-

tes pobres en hierro.

Competición por lugares de adhesión.

Alteración desfavorable del ambiente.

Combinación de los anteriores

La población inhibidora es mixta – inhibe otras poblaciones por diferencias numéri-

cas.

Antagonismo láctico

Bacterias del ácido láctico añadidas al alimento se multiplican y producen ácido

láctico y sustancias antimicrobianas.

Interferencia microbiana general (competición por nutrientes y lugares de ad-

hesión).


o Productos de fermentación. Glucosa, fructosa y lactosa se transforman en

ácido pirúvico en la glicólisis. A partir del piruvato se obtienen:

Ácidos orgánicos.

Acción directa – ácido láctico y ácido propiónico. Alteran la pared y

membrana celular, lo que afecta la viabilidad celular. También in-

terfieren con enzimas metabólicas y síntesis proteica.

Acción indirecta. Ácido acético. Disminución del pH.

Peróxido de hidrógeno – veneno metabólico para microorganismos cata-

lasa negativos.

Etanol

o Bacteriocinas

Nisina (Lactococcus lactis)

Lacticina (Lactococcus lactis)

Pediocinas (Pediococcus acidilactis)

Metabiosis

El crecimiento de una población favorece el crecimiento de otra. Por ejemplo, bac-

terias Gram positivas no pueden sintetizar vitamina B; el crecimiento de microorganis-

mos que producen las vitaminas (como las levaduras), favorece el crecimiento de las

bacterias Gram positivas.

Tecnologías de conservación de los alimentos

Método Factores


28

Restricción del acceso

Envasado Barrera física

Inactivación

Pasterización y esterilización Temperatura alta

Incorporación de aditivos Sustancias antimicrobianas

Irradiación, altas presiones, pulsos eléctricos Factores de proceso

Inhibición del crecimiento

Refrigeración y congelación Temperatura baja

Secado, salado, confitado Reducir la actividad de agua

Incorporación de aditivos Sustancias antimicrobianas

Acidificación Reducir el pH

Fermentación Interacción entre microorganismos

Envasado al vacío y en atmósfera modificada Eh, CO2

Teoría de los obstáculos o combinación de factores

Esta teoría propone la utilización de los factores que limitan el crecimiento micro-

biano de manera combinada, lo que permite utilizarlos con menor intensidad de la que

se requeriría si se utilizaran individualmente – mínima modificación de las característi-

cas iniciales del alimento.

Por ejemplo, en la producción de yogur se aplica tratamiento térmico (pasteriza-

ción), integración de microorganismos y refrigeración. La combinación de estos trata-

mientos implica que ninguno debe ser extremo (no hace falta esterilizar la leche, sino

que eliminar sólo los patógenos porque luego se añaden bacterias que modifican el pH y

ayudan conservar el producto).

Tecnología de los Alimentos Deterioro Abiótico

Deterioro no Enzimático

29

Deterioro Abiótico


El deterioro no enzimático incluye varios tipos de reacciones:

Pardeamiento no enzimático

o Caramelización de azucares

o Reacciones de Maillard, Strecker – entre grupos amino y carbonilo

Degradación de los lípidos

Degradación de los pigmentos

Pardeamiento no enzimático

Caramelización de los azúcares

Durante el calentamiento de los azucares en presencia de poco agua (o sin ella), se

forman heterociclos aromáticos de elevada reactividad, que dan aroma y coloración al

caramelo cuando polimerizan. El proceso de caramelización es beneficioso siempre y

cuando se obtiene de forma regulada. El pH es un factor importante que determina el

tipo de producto que se obtiene. Cuando se produce de forma no controlada, el producto

presenta aromas y sabores desagradables a humo y a quemado.

Reacciones de Maillard

Las reacciones de Maillard se producen durante los tratamientos térmicos, ya que

su energía de activación es elevada. Fundamentalmente se dan entre azucares reductores

(grupos carbonilo – aldehídos y cetonas) y los grupo amino de proteínas y aminoácidos;

también pueden darse con otros compuestos con grupos carbonilo, como el ácido ascór-

bico (que se encuentra en equilibrio con el ácido dehidroascórbico) y aromas naturales.

Las reacciones de Maillard incluyen reacciones múltiples y complejas que varían en

los diferentes alimentos, ya que dependen de muchos factores, como el pH etc.

Durante las reacciones de Maillard se forman compuestos bicarbonílicos, que son

altamente reactivos. Dependiendo del entorno, pueden formar diferentes productos:

1. Escisión. Rotura en diferentes moléculas más pequeñas, volátiles y aromáticas,

que se encuentran en alimentos de forma natural.

2. En función del pH se forman compuestos aromáticos que pueden polimerizarse

formando melanoidinas, que son compuestos aromáticos de color pardo (depen-

de de la intensidad del tratamiento térmico).

3. En alimentos abundantes en aminoácidos se puede producir aldehídos y otros

compuestos carbonílicos, que también presentan características aromáticas.

Deterioro Abiótico


Tecnología de los Alimentos

30

Las reacciones de Maillard son deseadas en ciertos productos, como el pan, el ca-

cao, frutos secos, café; en otros productos, sobretodo básicos, son reacciones no desea-

das, porque reducen el valor nutritivo – en leche, huevos etc.

Leche. Rica en proteínas y azúcares (lactosa). El pH óptimo es cercan a neutrali-

dad – 6.5; la leche tiene el pH óptimo para producir estas reacciones. Tratamientos

térmicos

o Pasterizada

o UHT – poco tiempo a temperatura muy elevada

o Esterilizada – 121º durante 30’

Zumos. Ricos en ácido ascórbico. Los tratamientos térmicos provocan reacciones

de pardeamiento:

o Concentración (tratamiento térmico que elimina agua)

o Reconstitución y tratamiento térmico



31

El huevo utilizado en la industria siempre esta pasterizado (temperatura elevada

pero poco tiempo para que no coagulen las proteínas) o bien deshidratada.

Factores que influyen el pardeamiento no enzimático

Naturaleza de los azúcares. Las pentosas son más reactivas que las hexosas.

Sólo reaccionan los que tienen el grupo carbonilo libre, por tanto la sacarosa no

puede reaccionar; sin embargo, en pH ácido se da la hidrólisis de la sacarosa en

glucosa y fructosa, que sí que son capaces de reaccionar.

Temperatura. Es el factor limitante. Controlando la temperatura se puede reducir

considerablemente el pardeamiento no enzimático.

pH. Se produce a cualquier pH pero el óptimo es entre 6.5 y 7.

Actividad de agua. Influye la velocidad de la reacción; la óptima es 0.7. A acti-

vidad de agua elevada, se reduce la velocidad de reacción porque el agua diluye

los reactivos; a actividad de agua baja, el agua no es disponible para las reacciones

químicas.

Prevención del pardeamiento no enzimático

Eliminación de sustrato (azúcar/proteína). Se hace poco. Únicamente en los

huevos – desacarificación oxidativa de la glucosa a ácido glucónico mediante la

glucosa oxidasa. El glucónico no tiene carácter reductor.

Control de la temperatura y humedad.

Agentes inhibidores. No muy habitual. Derivados del ácido sulfuroso: SO2 (gas),

HSO3– (bisulfito) y SO3

–2 (sulfito). Reaccionan con intermediarios de las reaccio-

nes de Maillard dando sulfonatos estables

o Enlaces cruzados. Disminuyen la digestibilidad, valor nutritivo, modifican la

textura.

o Anhídrido sulfuroso. Da olor malo (huevos podridos o aroma de leche que-

mada).

o Lípidos oxidados. Disminuye el valor nutritivo, modifica la textura.

Modificaciones no enzimáticas de los carbohidratos

Deterioro Abiótico



32



33

Modificaciones no enzimáticas de las proteínas

Autooxidación lipídica

La autooxidación lipídica ocurre sobre los ácidos grasos insaturados a través de ra-

dicales y catalizada por la luz, oxígeno, metales y calor (cualquier de los agentes o al-

gunos en conjunto) de forma directa o indirecta.

El carbono contiguo al doble enlace es muy débil, y pierde su hidrógeno muy fácil-

mente dando lugar a un radical que puede evolucionar de formas diferentes, como reac-

cionar con el oxígeno dando lugar a hidroperóxidos. Los hidroperóxidos son muy lábi-

les – se rompen fácilmente dando dos radicales.

Los radicales libres atacan fácilmente a otros dobles enlaces, así propagando la oxi-

dación. Cuando hay elevada concentración de radicales, los radicales empiezan neutrali-

zarse dando moléculas nuevas que en general son responsables del aroma a rancio (al-

Deterioro Abiótico



34

dehídos, cetonas, alcoholes, epóxidos, furanos y polímeros). Esta reacción es indeseable

y produce sustancias tóxicas, por tanto se evita al máximo. La formación de peróxidos

es la reacción más indeseable, porque no huelen (sólo los productos finales huelen mal);

por tanto, cuando se analiza un alimento, es interesante analizar también los peróxidos y

los productos finales.

El deterioro puede producirse en cualquier alimento que contenga ácidos grasos in-

saturados; sin embargo, hay alimentos más susceptibles, mientras que en otros esta re-

acción es menos frecuente.

Factores que afectan la oxidación

Composición y estado de dispersión de los lípidos. Protección de agentes cataliza-

dores como luz; emulsión con proteínas protege los lípidos envueltos por proteína.

Grado de disociación de los triglicéridos. Cuantos más ácidos grasos libres haya

en el alimento, más susceptible es a la oxidación.

Presión parcial de oxígeno; cuanto más elevada, más oxidación.

Temperatura. No desencadena la oxidación directamente. La congelación no ga-

rantiza que no haya oxidación lipídica.

Actividad de agua. A baja actividad de agua, se produce más oxidación de lípidos

(congelación reduce la actividad de agua); también a actividad de agua intermedia

se da un pico en la velocidad de oxidación lipídica. La fase lipídica es suficiente

para propagar la reacción; no hace falta movilidad (actividad de agua baja); otros

reactivos disueltos en agua pueden a atacar a las sustancias lipídicas (actividad de

agua intermedia). En la zona de la capa molecular de agua (0.2-0.3), el agua impi-

de las reacciones no deseables (mínimo de oxidación).



35

Oxidación competitiva. Adición de sustancias susceptibles a oxidarse – antioxi-

dantes:

o Ácido ascórbico

o Tioles

En concentraciones bajas actúan como prooxidantes (si hay poco, pueden reducir

el oxígeno a O2–, que puede atacar a los ácidos grasos), mientras que en concen-

traciones elevadas actúan de antioxidantes, ya que se oxidan más fácilmente que

los ácidos grasos – los protegen de la oxidación.

Control de la oxidación

Evitar contacto con catalizadores: luz, temperatura, metales y oxígeno.

o Envasar al vacío

o Envasar en atmósfera protectora

o Controlar el tratamiento térmico

o Utilizar antioxidantes. Se suele utilizar mezclas. Hay diferentes tipos:

Ácidos do origen alimentario

De tipo fenólico (BHA, BHT, tocoferol). La presencia del anillo aromá-

tico permite la formación de un radical estable (tiene resonancia de elec-

trones). No evitan la oxidación sino que la retardan.

Deterioro Abiótico



36

Modificaciones de los lípidos

La autooxidación afecta a otras moléculas con enlaces dobles, como las vitaminas

liposolubles y pigmentos. Es la reacción más limitante de la industria alimentaria. Otra

alteración importante es la disociación de ácidos grasos (en medio ácido y con tempera-

tura alta), lo produce acidez.

La fritura (temperaturas altas) modifica los aceites por la elevada temperatura y el

contacto con oxígeno y otros sustratos:

Pirolisis

Autooxidación

Hidrólisis

Se forman polímeros que tienen viscosidad elevada, y modifican el olor, el color y

el sabor del aceite.



37

Degradación de pigmentos

Los pigmentos son de orígenes diferentes. Los más importantes son la clorofila, los

carotenos y las xantofilas (de origen vegetal) y la mioglobina (de origen animal). Los

carotenos, que proporcionan color amarillo-rojo tienen estructura parecida a ácido graso

de cadena larga con muchas instauraciones, y por tanto sus alteraciones son parecidas a

los procesos de autooxidación.

Alteraciones de la mioglobina

La mioglobina tiene estructura compleja: está

formada por 4 anillos pirrólicos (porfirina) y el hierro

que se une a una proteína globular.

En la carne fresca, la mioglobina puede estar en

una de tres formas:

Mioglobina. Da color rojo púrpura.

Metamioglobina. Cuando la presión de oxígeno

es baja, el hierro se oxida a Fe+3

, dando la metamioglobina. Tiene color rojo par-

do. Es un proceso reversible en función de la presión de oxígeno.

Oximioglobina. Cuando la presión de oxígeno es elevada, se da la oxigenación de

la mioglobina dando oximioglobina, que tiene una coloración roja-viva.

En la carne curada se añaden sal y nitritos. Los nitritos protegen del crecimiento de

Clostridium botulinum, pero también proporcionan coloración atractivo – el rojo cura-

do, cuando los nitritos se asocian con la mioglobina dando nitrosilmioglobina. Los io-

nes de nitrato y nitrito se asocian a la metamioglobina, produciendo sustancias reducto-

ras (en función de la sal). Las sustancias reductoras se transforman el la nitrosilmioglo-

bina, responsable del color granate de los embutidos. Si la carne se cocina antes de la

curación, se forma nitrosilhemocromo, que es responsable del color rosa cocido típico

de los embutidos cocidos.

Alteraciones de la clorofila

La clorofila es parecida a la mioglobina –

tiene 4 anillos pirrólicos con un ión de magne-

sio en vez de hierro, y un grupo fitol unido a

la molécula por fuera del anillo de porfirina.

Los vegetales tienen pH ligeramente ácido

o neutro. Su utilización como alimento nor-

malmente implica cocción. La temperatura

alta junto con el pH ácido produce modifica-

ciones en la clorofila.

Las modificaciones más frecuentes de la

clorofila es la producción de feofitinas y fe-

ofórbidos. El proceso general se denomina

feofitización (degradación global de la clorofi-

la). A más tiempo de cocción, más degradación de clorofila. La cocción provoca la libe-

ración el magnesio de la clorofila, y luego se rompe el esqueleto tetrapirrólico. También

se puede dar degradación enzimática de la clorofila:

Deterioro Abiótico



38

La lipooxigenasa actúa dando lugar a oxidación de la clorofila (a través de radica-

les), y por tanto la pérdida del color verde.

La clorofilasa actúa rompiendo el enlace del fitol y no modifica la resonancia de

electrones en el anillo, lo que da color verde más vivo. A la hora de cocinar el ve-

getal, se seguirá el proceso de pérdida de color.

Deterioro Enzimático

Los alimentos no procesados contienen enzimas de forma natural (provenientes del

vegetal/animal o de enzimas bacterianas). La degradación enzimática puede ser favora-

ble o desfavorable en función de la reacción catalizada y su control. Las enzimas, al ser

proteínas sensibles a calor, se pueden desactivar mediante tratamientos térmicos, lo que

facilita el control de su actividad.

Degradación de proteínas y sustancias nitrogenadas

Las proteasas son de diferentes orígenes; son peptidasas de origen exógeno o bien

endógeno. Las proteasas rompen las proteínas en péptidos, y éstos en aminoácidos.

Ejemplos:

Renina. Muy específica para las proteínas de la leche. Provoca la coagulación de

éstas; se utiliza en la industria para la formación de cuajadas.

Papaína. Rompe los enlaces del colágeno, emblandeciendo la carne.

Proteasas para la clarificación de la cerveza.

Las descarboxilasas son enzimas de origen microbiano que producen la descarboxi-

lación de aminoácidos (mayoritariamente), de péptidos y de proteínas, dando aminas

biógenas como la histamina, la tirosina etc. Este proceso suele suceder después de la

proteólisis producida por las proteasas.

Las desaminasas son también enzimas de origen microbiano. Son responsables de

la desaminación de aminoácidos dando lugar a productos de putrefacción de carnes y

pescados. Este proceso suele ocurrir después de la descarboxilación.

Controlando el contenido de agua en los alimentos durante su proceso de madura-

ción, se puede evitar la producción de olores a putrefacción. La evaporación de agua

consigue crecimiento bacteriano controlado, por la competicion entre microorganismos;

si hay mucho agua disponible, se da crecimiento rápido, que da la putrefacción (olores a

putrefacto – desaminación y descarboxilación).

Degradación de los carbohidratos

Las amilasas son las enzimas con actividad selectiva sobre el almidón; hay varios

tipos de amilasas, que rompen el almidón en diferentes productos:

α-amilasa. Rompe enlaces α1-4, dando glucosa.

β-amilasa. Rompe el almidón de dos en dos, dando maltosa.

Glucoamilasa. Rompe los enlaces α1-6.

Las amilasas sirven en la elaboración de cerveza y algunas bebidas alcohólicas, en

la elaboración de pan y de jarabes de glucosa (se obtienen a partir de almidón aplicando

diferentes enzimas; en función de la enzima utilizada se obtiene un tipo u otro de jara-



39

be). En la elaboración de pan, las enzimas utilizadas son secretadas por las levaduras, y

actúan sobre el almidón dando glucosa y maltosa, que fermenta produciendo gas; para

parar esta fermentación, se aplica tratamiento térmico que rompe las enzimas – la coc-

ción al horno.

La invertasa es la enzima responsable de la hidrólisis de la sacarosa. Se denomina

invertasa porque transforma la solución de sacarosa, que es dextrógira, a solución de

glucosa y fructosa, que es levógira. Esta enzima está presente en la miel, lo que mejora

sus características reduciendo la cristalización.

Las pectinasas son enzimas que catalizan la hidrólisis de ácidos pécticos en frutos y

sus derivados. Las pectinas son polisacáridos de la pared celular y pulpa de frutas, y es

responsable de su textura. Las enzimas tienen papel importante durante la maduración,

porque modifican la textura de la fruta. En la industria sirven para establecer la turbidez

de zumos – aclarar los zumos de frutas que se comercializan clarificados (manzana y

uva); en los zumos que no se venden clarificados, hay que desactivar estas enzimas para

prevenir la clarificación no deseada.

Degradación de los lípidos

Las lipasas son las enzimas que hidrolizan los triglicéridos liberando ácidos grasos.

Pueden ser de origen endógeno o bien microbiano. Las lipasas incrementan y favorecen

la autooxidación; también proporcionan sabor desagradable. Importante en leche, y en

aceites vegetales (sobretodo de oliva), ya que determinan el grado de acidez del aceite.

Las lipoxidasas son de origen endógeno. Catalizan la oxidación de ácidos grasos in-

saturados y pigmentos, por un mecanismo semejante a la oxidación química. Son abun-

dantes en la soja.

Pardeamiento enzimático

El pardeamiento enzimático es un proceso desfavorable pero no implica peligro

alimentario; es específico de los vegetales, y se produce a consecuencia del daño celu-

lar. Se da de forma natural en el tabaco, cacao y dátiles (en los últimos se provoca la

rotura de células y el pardeamiento).

El pardeamiento enzimático se debe a la producción de melaninas (pigmentos par-

dos) en tejidos vegetales por acción de la polifenoloxidasa (PPO) que es una proteína

con un grupo prostético de cobre. Sus sustratos son compuestos polifenólicos, flavonoi-

des, flavonoles, flavononas y taninos. La reacción es de oxidación-reducción; el oxígeno

es el aceptor de protones, y a consecuencia se produce la polimerización a melaninas

pardas. Esta reacción se da en todos los vegetales, algunos más que otros; depende del

pH, el óptimo siendo 6-6.5. Por ejemplo, las manzanas acidas sufren menos pardea-

miento por su pH ácido (no óptimo), mientras que otras manzanas, menos acidas sufren

más pardeamiento; el membrillo es muy susceptible al pardeamiento enzimático (tiene

muchos taninos).

Prevención del pardeamiento enzimático:

Tratamiento térmico (escalado) – en productos congelados.

Agentes reductor (ácido ascórbico) – limón.

Inmersión en agua – método casero que evita el contacto del vegetal con el oxíge-

no.

Deterioro Abiótico



40

Derivados del anhídrido sulfuroso (sulfitos y bisulfitos) – agentes reductores.

Ajuste a pH ácido – limón.

Operaciones Unitarias

Proceso o procedimiento es toda actividad industrial encaminada a modificar las

propiedades o características de un material (materia prima) a fin de obtener un produc-

to que tenga mayor aceptación en el mercado y/o que presente mayores facilidades de

almacenamiento y/o transporte.

Los procesos son esquematizados en diagramas de flujo, que representan las opera-

ciones que se les aplican durante el proceso: a la materia prima se le aplican energía y se

le añade material auxiliar; en este proceso se forman subproductos y residuos. Al final,

se obtiene el material procesado, o producto.

Operación Básica o Unitaria

Cada una de las etapas ordenadas en las que se subdivide todo proceso industrial

conducido a cualquier escala. Comportan la modificación de la materia en cualquiera de

sus características: físicas, químicas o microbiológicas.

Etapa Característica a modificar Operación básica

Física

Temperatura Refrigeración

Brillantez Filtración devastadora

Presión Compresión o expansión

Viscosidad Calentamiento

Qu

ímica

Cationes Intercambio iónico

Brillantez Tratamiento enzimático

Coagulación Adición de sales minerales

Sabor, color y olor Calentamiento (reacciones de Maillard)

Eliminación de acidez Neutralización, saponificación

Bio

qu

ímica

Producción de gases Digestión anaerobia

Producción de alcohol Fermentación alcohólica

Producción de ácido láctico Fermentación láctica

Fenómenos de transporte

Siempre que un sistema no se encuentra en un estado de equilibrio tiende a evolu-

cionarse hacia él. Durante dicha evolución, se pone en manifiesto la transferencia de 1,

Tecnología de los Alimentos Operaciones Unitarias

41

2 o 3 propiedades: materia, energía y cantidad de movimiento. La transferencia y las

leyes que la rigen proporcionan un específico, identificable y predecible efecto sobre un

alimento o materia. Puede haber transferencia de una única propiedad o combinarse más

de una. Las operaciones unitarias se pueden clasificarse según la propiedad más condi-

cionante que se transfiere. Ejemplos:

Transporte de cantidad de movimiento

o Circulación de fluidos por conducciones

o Filtración

o Sedimentación

o Clasificación hidráulica o neumática

o Circulación de fluidos a través de lechos porosos

Transporte de energía (calor)

o Intercambio de calo sin cambio de estado

o Evaporación

o Condensación

o Congelación

Operaciones Unitarias Tecnología de los Alimentos

42

Transporte de materia

o Absorción-desabsorción

o Extracción líquido-líquido

o Extracción sólido-líquido

o Adsorción-desadsorción

o Rectificación (destilación)

Transporte de calor y materia

o Humidificación-deshumidificación

o Secado

o Liofilización

o Cristalización

Clasificación de los Procesos

Los procesos pueden estudiarse independizando cada una de las operaciones, o bien

estudiando el proceso global.

Independizando las operaciones básicas

o Régimen estacionario. Todas las propiedades (físicas, químicas y micro-

biológicas) del sistema en cualquier punto de la instalación permanecen

constantes e invariables a lo largo del tiempo, pudiendo ser distintas de unos

puntos a otros. ejemplo: intercambiador de calor de tubos concéntricos.

o Régimen no estacionario. Las propiedades del sistema en un mismo punto

varían durante el tiempo del proceso. Ejemplo: calentamiento en tanque.

Proceso global

o Proceso continuo. Todas las etapas se realizan simultáneamente sin interrup-

ción entre ellas. Continuamente está entrando sustrato y saliendo producto.

Puede darse en régimen estacionario y en régimen no estacionario.

o Proceso discontinuo, intermitente o por cargas. Las etapas se efectuan de

manera sucesiva en el tiempo: el sustrato y el producto entran y salen en dis-

tintos momentos. Siempre tiene lugar en régimen no estacionario. Etapas:

Carga de material

Preparación de éste

Transformación propiamente dicha

Descarga y limpieza del aparato

Balances de Masa, Energía y Propiedad

Ley de conservación de masas:

la masa que entra en un proceso es igual a la masa que sale del mismo.

Tecnología de los Alimentos Operaciones Unitarias

43

Balance de energía:

la cantidad de calor y energía mecánica que ingresa en el proceso es igual a la

energía que sale del mismo con los productos y los desperdicios.

Si las pérdidas calóricas se reducen al mínimo, las pérdidas de energía al entorno

pueden ignorarse (en cálculos aproximados).

Balance:

todo tipo de ecuación que permite calcular y determinar cuanta propiedad (mate-

ria, energía, cantidad de movimiento) se ha transportado.

La ecuación general de balance es:

Entrada + generación = salida + acumulación

Flujo de Fluidos

En la elaboración de alimentos, es una gran importancia el estudio de la estática

(fluidos estacionarios) y la dinámica (fluidos en movimiento) de los fluidos.

Los fluidos que fluyen a baja velocidad o son muy viscosos, pueden considerarse

como constituidos por una serie de capas que se mueven, una sobre la otra, sin llegar a

mezclarse; esta estratificación es típico del flujo laminar.

En fluidos que fluyen a velocidad superior, que depende de la naturaleza del fluido

y de las tuberías, las capas de fluido se mezclan (excepto la película superficial que con-

tinúa siendo laminar) y dan el flujo turbulento.

Tratamientos Previos de Primeras Materias

Las primeras materias implican un problema en la producción; tanto la producción

vegetal como la animal son estacionales, mientras que la demanda es continua. Hay va-

rias opciones para enfrentarse a este problema:

Producción selectiva de las primeras materias

o Color, forma, sabor

o Propiedades funcionales

o Estructura, resistencia mecánica y al proceso

o Hábitos de crecimiento

Programación de crecimiento, adquisición por contracto

Mecanización – diseño adecuado, impedimento del deterioro

Transporte y almacenamiento – diseño y condiciones adecuados

Acondicionamiento de las primeras materias

Operaciones de separación

o Limpieza – separación de contaminantes

o Selección – separación por características físicas: tamaño, forma y color

o Clasificación – separación por calidad

Limpieza

Operaciones Unitarias Tecnología de los Alimentos

44

Funciones

o Separación y eliminación de contaminantes

o Dejar la superficie limpia y apta para la manipulación

o Limitar la recontaminación

Tipos de contaminantes

o Minaerales, vegetales, animales, químicos, microorganismos

Métodos de limpieza

o Secos: tamizado, abrasión, aspiración, magnética

o Húmedos: inmersión, aspersión, flotación, ultrasónica, escurrido

o Mixtos

Selección y clasificación

Necesidad

o Adecuación a la mecanización

o Imprescindible en los procesos con transmisión de calor

o Control de pesos y normalización de envases

o Preferencia del consumidor

Tipo de selección

o Por peso

o Por tamaño: tamizas de abertura fija o variable

o Por forma

o Por color

Variable de clasificación

o Pruebas de laboratorio con referencia estadística - control de calidad

o Categorías legales – métodos objetivos y/o subjetivos

Tecnología de los Alimentos Ingeniería del Frío

Sistemas Mecánicos

45

Ingeniería del Frío

El aplicación de frío es un tratamiento térmico – una operación unitaria de transpor-

te de calor. El frío conserva alimentos y medicamentos; su mantenimiento es caro, tanto

en montar las instalaciones como en mantener la temperatura baja. Es muy utilizado en

los países desarrollados.

Se distinguen dos tipos de sistemas de producción de frío industrial: sistemas mecá-

nicas y sistemas criogénicos. Los dos sistemas se distinguen no por su forma sino por su

mecanismo de acción.

Sistemas Mecánicos

Los sistemas mecánicos tienen un circuito cerrado termodinámicamente; es impor-

tante tanto para el funcionamiento como para seguridad (fluidos refrigerantes suelen ser

tóxicos). Se basan en la extracción de calor de un alimento o recinto y la disipación del

calor hacia el exterior.

Los sistemas mecánicos de producción de frío utilizan fluidos refrigerantes, que cir-

culan en un circuito cerrado; dentro del circuito sufren cambio de estado, de líquido a

vapor y otra vez a líquido. La producción de frío se basa en el fundamento de que una

sustancia en estado líquido ha de adquirir calor del entorno para evaporarse, y ha de ce-

der calor para volver a condensarse. Los fluidos refrigerantes deben tener unas carac-

terísticas fisicoquímicas:

Temperatura de ebullición inferior a 0º

Calor latente de vaporización muy elevado

Los fluidos refrigerantes utilizados son:

Amoniaco. El primer fluido refrigerante utilizado. Es muy tóxico y por tanto hay

problemas en su manipulación.

Freones.

o CFC. Clorofluorocarbonatos. Atacan la capa de ozono. Son prohibidos en

todo el mundo.

o HCFC. Hidrofluorocarbonatos. Tienen menos impacto sobre la capa de ozo-

no pero sí que la atacan. La unión europea decidió de reducir su uso a partir

del año 2000 y prohibir su uso a partir de 2015.

o HFC. Hidrofluorocarbonatos. Son menos eficaces y más costosos de aplicar,

pero no dañan la capa de ozono.

La compresión de los fluidos refrigerantes determina la eficacia del sistema. Si se

utiliza compresión simple, se produce la refrigeración, pero si se utiliza compresión do-

ble se puede conseguir temperatura más baja (a más coste energético) aplicable para la

congelación.


Sistemas Mecánicos


46

El evaporador es la parte “útil” del ciclo, que permitirá la refrigeración del alimen-

to. En el evaporador se produce el intercambio de calor., donde el fluido refrigerante

está en estado líquido y se evapora adquiriendo calor del medio. Después de evaporarse,

el fluido refrigerante en estado gaseoso llega al compresor, que lo comprime suficien-

temente para que pueda condensarse en líquido de nuevo en el condensador. El conden-

sador también es un intercambiador de calor, donde el fluido refrigerante intercambia

calor con el aire o bien con agua. Después de condensarse, el fluido refrigerante llega a

la válvula de expansión, que regula la presión y la temperatura del fluido, para que pue-

da volver a comenzar el ciclo.

Parte Fenómeno simple Función principal

Evaporador Ebullición: transformación del va-

por saturado húmedo en vapor seco,

hacia al final del evaporador

El fluido refrigerante absorbe el calor del medio

a refrigerar.

Compresor Compresión del gas Recuperación del fluido: por compresión llevar

al gas a un estado en que mediante un fluido frío

se le puede extraer el calor que había absorbido.

Condensador Condensación o liquefacción: res-

friamiento del líquido obtenido en

la condensación.

Licuación del gas extrayendo calor mediante un

fluido frío (agua o aire).

Válvula de

regulación

Laminación o pulverización Dejar pasar la cantidad de líquido correspon-

diente al volumen de vapor que puede aspirar el

compresor (evitar que llegue líquido al compre-

sor).

El fluido refrigerante nunca se pone en contacto con el alimento.

En el condensador, el fluido refrigerante utilizado es aire o agua a temperatura

ambiente, por tanto en la eficacia del aparato influyen varios factores que deter-

minan la temperatura ambiental:


Sistemas Mecánicos

47

o Ubicación geográfica

o Estación del año

o Otros (humedad relativa etc.)

Al abrir y cerrar el recinto refrigerado, se producen oscilación de la temperatura,

que son la rotura de la cadena el frío. Las oscilaciones de temperatura son malas para la

conservación. Por eso, la congelación y refrigeración industriales se hacen en recintos

separados de los recintos utilizados para el mantenimiento en frío (no provocar oscila-

ciones térmicas en el producto ya refrigerado). La rotura de la cadena del frío puede

darse en varios puntos:

Transporte del punto de venta a casa, y en la nevera del consumidor. Lo más fre-

cuente.

En punto de venta (abrir neveras, neveras abiertas etc.)

Transporte de fábrica a punto de venta. Cada vez más regulado por sistemas de

registro térmico en camiones.

Sistemas Criogénicos

Los sistemas criogénicos utilizan líquidos criogénicos, y se basan en el fundamento

que líquidos que se evaporizan o sólidos que se subliman en proceso abierto absorben

calor del medio. Los sustratos utilizados deben tener el punto de ebullición muy bajo, y

el calor latente de evaporización muy alto. Los líquidos más habituales son el dióxido

de carbono líquido o sólido y el nitrógeno líquido. Los líquidos criogénicos deben ser

suministrados en estado licuado, a presión y aislados.

Los líquidos criogénicos se evaporizan dentro de la cámara refrigerante absorbiendo

calor del material a resfriar. El vapor producido pasa a la atmósfera, pero al ser sustratos

inertes, no proporcionan riesgo para el usuario ni al medio ambiente; su ebullición o su-

blimación, cuando se da a presión atmosférica, es suficientemente baja. Aparte, su coste

es bastante razonable.

El nitrógeno es un gas inerte que no reacciona ni ataca los productos tratados ni los

materiales de embalaje y equipos; su inconveniente es que requiere renovación – no se

puede recuperar el nitrógeno utilizado.


Acción Letal del Frío


48


Los alimentos son materiales degradables por enzimas (endógenos y exógenos) y

por microorganismos. La temperatura tiene efecto sobre enzimas (Q10) y sobre microor-

ganismos (temperatura óptima y mínima de crecimiento, hay adaptación de cepas).

Las necesidades de almacenamiento son:

Producto de óptima calidad

Temperatura adecuada

Mantenimiento real de la temperatura

o Circulación de aire

o Evitar canales preferenciales

o Evitar excesiva deshidratación

Desecación del Alimento

La diferencia entre humedad relativa en cámaras frigoríficas (85-90%) y la activi-

dad de agua de los alimentos (0.95-0.99) provoca la deshidratación del alimento alma-

cenado en frío.

Los envasados son diseñados para evitar esta deshidratación:

Ha de ser compatible con el alimento.

Ha de ser adaptable en forma.

No debe inducir cambios organolépticos.

Efecto de las Fluctuaciones de la Temperatura

Desecación superficial

Pérdida de peso

Oxidación de lípidos

Cambio de textura

Manchas (marrones en aves y negras en vacuno)

Factores que Afectan la Duración de Productos

Productos frescos

Tipo de alimento: especie, variedad

Parte de la primera materia seleccionada

Condiciones de cosecha o sacrificio

Temperatura de almacenamiento, distribución y venta

Humedad relativa del ambiente de conservación (más o menos pérdidas por des-

hidratación)

Productos procesados refrigerados


Sistemas Mecánicos

49

Tipo de alimento

Intensidad de destrucción enzimática o microbiana previa

Control higiénico durante el procesado y envasado

Propiedades de barrera del envase

Temperatura de distribución y almacenamiento

Congelación

La congelación consta de la extracción del calor sensible en el estado líquido, la ex-

tracción del calor latente (cambio de estado) y la extracción del calor sensible en el es-

tado sólido. El alimento es una solución acuosa multi-componente – al congelarlo se

forman cristales de agua pura, y se separa el agua del resto de los componentes del ali-

mento (la congelación es una forma de concentrar una solución extrayendo agua).

La congelación rápida forma una multitud de cristales pequeños, que ayudan con-

servar la estructura y calidad del alimento, mientras que la congelación lenta permite la

formación de pocos núcleos de cristalización, y por tanto la formación de pocos cristales

de gran tamaño, que destruyen la estructura del alimento.




50

Modificaciones en Alimentos durante la Congelación

Las modificaciones producidas durante la congelación dependen de la duración del

almacenamiento, de la composición del alimento, que determina las reacciones de dete-

rioro a las que es más susceptible:

Reacciones enzimáticas

o Proteasas

o Lipasas

o Pardeamiento enzimático (inhibido-

res: ácido ascórbico, sacarosa, SO2,

escalado)

Reacciones no enzimáticas

o Oxidación lipídica

o Oxidación de vitaminas, pigmentos

carotenoides, aromas.

o Degradación de pigmentos antociá-

nicos, clorofila…

Agregación de proteínas musculares

o Exudación

o Cambio de textura

Agregación a la leche

o Gelificación de proteínas

Desestabilización de los glúcidos

Recristalización – siempre hay pero es muy favorecida por las fluctuaciones

térmicas. Los cristales no son estables – las capas superficiales tienden a fundirse

y volver a cristalizarse reduciendo el número de cristales y aumentando su tama-

ño.

Equipos Industriales de Frío

Cámaras con aire frío en movimiento

o Por sólidos

o Problemas

Deshidratación

Congelación superficial a temperaturas bajas

Producto -18º -12º -7º

Carne vacuna cruda 13-14 5 <2

Carne de cerdo cruda 10 <4 <1,5

Pollo crudo 27 15.5 <8

Pollo frito <3 <1 <0.6

Pescado magro crudo 3 2.25 1.5

Pescado graso crudo 2 1.5 0.8

Zumo de naranja 27 10 4

Melocotones 12 <2 0.2

Fresas 12 2.4 0.3

Coliflor 12 2.4 0.3

Judías verdes 11-12 3 1

Guisantes verdes 11-12 3 1

Espinacas 6-7 <3 0.75


Equipos Industriales de Frío

51

o Aplicaciones:

Carnes, frutas, envasados

Transporte

Expositores de venta

Doméstico

Intercambiadores de calor

o De placas: líquidos poco viscosos

o Tubulares:

Clásicos: líquidos poco viscosos

De superficie escombrada: líquidos viscoso

Agua fría

o Por inmersión – se modifica el alimento y se ensucia el agua

o Refrigeración: simple, económico, barato.

o Productos pequeños

Frutas y hortalizas

Envasados de grosor pequeño

Al vacío

o Resfriamiento por evaporación de agua

o Alimentos porosos y de elevada relación superficie/volumen

o Precocinados si se controlan las presiones

o Caros

Condiciones de Buen Aislamiento

Mala conducción de calor (coef. 003 a 012 Kcal/m3Cº)

Impermeabilidad al aire y al vapor de agua

Resistencia a la compresión

Ausencia de olores

Resistencia a hongos y parásitos

Incombustibilidad y resistencia a los agentes químicos

Fácil manipulación

No putrescible

Bajo coste de instalación

Bajo peso específico

Utilización de Altas Temperaturas

Utilización de Altas Temperaturas Tecnología de los Alimentos

52

Inactivación de microorganismos

o Cinéticas de inactivación microbiana

o Efectos en el valor nutritivo y sensorial

Fenómenos de transferencia de calor

Equipos de pasterización

Nicholas Appert ganó en 1795 un premio de 12,000 francos ofrecido por el gobier-

no de Napoleón, por su proceso de conservación de alientos envasados y tratados por

calor. Pasteur permitió el conocimiento del fundamento del tratamiento reconociendo

el papel de los microorganismos, a partir de un trabajo encargado por napoleón III en el

año 1864. Émile van Ermengem descubrió la bacteria Clostridium botulinum, y su

toxina letal en el año 1986. John Tyndall desarrollo un método con calentamientos y

resfriamientos sucesivos para destruir las formas más termorresistentes de las bacterias.

Tratamientos Térmicos

Un tratamiento térmico se define como una combinación de tiempo y temperatura

requeridos para eliminar el número deseado de microorganismos de un alimento. Hay

diferentes tipos de tratamientos, según su efecto:

Esterilización. Eliminación completa de los microorganismos.

Esterilización comercial. Se permite la presencia de algunas esporas que no pro-

liferan en el alimento.

Pasterización. Eliminación de microorganismos patógenos. Se combina con la re-

frigeración.

Escaldado. Inactivación de enzimas, y quizás algunos microorganismos también.

Comportamiento de microorganismos y enzimas

La actividad enzimática y el crecimiento microbiano dependen de la temperatura. A

más temperatura, mayor actividad, hasta llegar a un máximo, por encima del cual se

produce la inactivación irreversible. Subiendo la temperatura, primero se produce la in-

hibición de la actividad, luego lesiones submortales y al final la muerte de los microor-

ganismos.

A una determinada temperatura, tiempos iguales producen una disminución igual

sobre el recuento microbiano. La destrucción microbiana sigue cinéticas logarítmicas;

las curvas de supervivencia se acercan asintoticámente al cero. Representando las cur-

vas de supervivencia en un sistema semilogarítmico, obtenemos este tipo de gráfico.

Tecnología de los Alimentos Utilización de Altas Temperaturas


53

A partir de esta representación gráfica de las curvas de supervivencia, se puede cal-

cular el tiempo de reducción decimal, DT, que es el tiempo necesario para reducir 10

veces la concentración inicial de microorganismos.

0log 0.1log

ln10T

N N

Dk

El valor esterilizante, FT, es el tiempo necesario de tratamiento a una temperatura T

para reducir la población hasta el nivel deseado. Es la primera ley de la destrucción

térmica o ley de supervivencia.

T TF n D

La segunda ley de la destrucción de microorganismos es la siguiente:

10Tref T

z

T TrefF F

z – número de grados Celsius ncesarios para que D cambie 10 veces

o Formas vegetativas – z = 4-6º

o Esporas – z = 7-10º

Tref suele ser 121.1º Celsius (250º Fahrenheit)

Métodos de conservación por calor

La pasterización produce un alimento libre de microorganismos patógenos no espo-

rulados; la esterilización produce alimento microbiológicamente estable ara ser conser-

vado a temperatura ambiente durante largo tiempo.




54

La intoxicación botulínica se considera inaceptable; podemos asumir un riesgo que

haya esporas que lleguen a desarrollarse en uno de cada 104-10

5 envases. Para llegar al

valor N deseado, dependemos del tratamiento y del valor N inicial (N0).

Para reducir el riesgo, se aplican tratamientos más intensos que garantizan menores

recuentos. La intensidad del tratamiento que se puede aplicar está limitada por los cam-

bios en el alimento, tanto organolépticos como nutritivos. Para reducir la intensidad de

tratamiento necesaria, es conveniente empezar con recuentos microbianos iniciales ba-

jos.

Generación de calor

La generación de calor está muy ligada a la relación presión-temperatura, especial-

mente cuando se trabaja con calor húmedo (agua). El agua destilada bulle a 100º a pre-

sión atmosférica, pero bullirá a temperatura más elevada si la presión es más elevada, y

a temperatura inferior si la presión es más baja.

El calor se genera en calderas de diferentes tipos (de serpentina, de dos o de tres pa-

sos). El calor puede ser transferido en diferentes sistemas de transferencia, como con-

ducción, convección y radiación.

Transferencia de calor por una superficie conductora

La superficie conductora es una barrera de conducción y convección. Por conduc-

ción se transmite el calor a través de la superficie conductora y de la capa límite del

fluido; dentro del fluido, la convección domina la transferencia de calor.

Intercambiadores de calor tubulares

En este sistema de intercambiadores de calor, hay tubos concéntricos que conducen

el fluido transmisor de calor y el alimento. Contienen sistemas que aumentan la turbu-

lencia del fluido, así que se mezcle y la conducción del calor sea más eficaz.

Circulación en contracorriente

El líquido más caliente entra en contacto en el alimento más caliente; ambos fluidos

circulan en contracorriente y la diferencia de temperatura entre los dos es bastante cons-

tante en toda la operación.

Circulación concorriente

En este tipo de circulación, el alimento más frío entra en contacto el líquido más ca-

liente, y ambos fluidos circulan paralelamente. A la salida del equipo la diferencia de

temperatura es pequeña.



55

Contracorriente Concorriente

Intercambiadores de calor en placas

En estos intercambiadores de calor, las superficies de contacto son planas. Suelen

tener costillas y ondulaciones para favorecer la turbulencia del fluido calentado. Son

sistemas compactos, cuya superficie total puede variarse fácilmente cambiando el

número de placas utilizadas. Este sistema es especialmente adecuado para productos

poco viscosos.

Se utilizan placas diferentes en función del producto tratado y las necesidades de

eficiencia térmica. Las placas se sitúan en un bastidor; hay dos entradas y dos salidas al

conjunto del equipo. La configuración de las conexiones de las placas distribuyen los

dos fluidos entre los espacios alternos.

Intercambiadores de superficie rascada

Este tipo de intercambiador se utiliza para productos viscosos. El aumento de la tur-

bulencia permite que el producto no reciba sobretratamiento.

Tratamientos térmicos

Escaldado

El escaldado consiste en aplicar calor a nivel superficial al alimento mediante agua

o vapor. No es un tratamiento de conservación puramente; es más bien un tratamiento

complementario para aplicar posteriormente otros procesos de conservación, como con-

gelación o esterilización.

Esterilización

La esterilización tiene como finalidad la destrucción de las formas vegetativas y es-

poras de los microorganismos. Hay que distinguir entre esterilización desde el punto de

vista microbiológico y la esterilización comercial; un alimento es comercialmente estéril

si se han destruido los patógenos, no se desarrollan esporas sobrevivientes en el alimen-

to y se conserva a temperatura ambiente. Aplicar un tratamiento de conservación no sir-

ve si altera las propiedades nutritivas o sensoriales del alimento.

La esterilización de productos envasados puede ser discontinua (en autoclave) o

bien continua.




56

La esterilización continua se puede hacer mediante el esterilizador continuo

hidrostático vertical o utilizando el esterilizador horizontal (con cierre de válvula rotato-

ria y sistema de presión positiva).

Esterilizador continuo hidrostático:

1. Primera etapa de calentamiento

2. Sello de agua y segunda etapa de ca-

lentamiento

3. Tercera etapa de calentamiento

4. Sección de esterilización

5. Primera etapa de enfriamiento

6. Segunda etapa de enfriamiento

7. Tercera etapa de enfriamiento

8. Cuarta etapa de enfriamiento

9. Etapa final de enfriamiento

10. Tambores superiores de arrastre

Esterilizador horizontal con cie-

rre de válvula rotatoria y sistema de

presión positiva:

1. Carga automática de botellas

2. Válvula rotatoria

3. Área de esterilización

4. Ventilador

5. Área de pre-enfriamiento

6. Resfriamiento final a presión at-

mosférica

7. Descarga

Efecto de la presión

La temperatura elevada corres-

ponde a presión elevada; hay que te-

ner en cuenta las posibles gradientes de presión dentro y fuera del envase. La presión

provoca variaciones del volumen durante el tratamiento térmico; estas variaciones pue-

den ser compensadas por la elasticidad del envase.



57

Esterilización convencional

En un envase con producto líquido se producen movimientos convectivos; el punto

frío se sitúa a un ⅓ de la altura del recipiente; en el envase con producto sólido el calor

se ha de transmitir por conducción; el punto frío se sitúa en el centro geométrico del re-

cipiente.

Esterilización de fluidos

La esterilización de fluidos consta de la aplicación

de temperaturas altas a los fluidos durante tiempo corto

(segundos).

Sistema directo (uperización). Se inyecta vapor di-

rectamente sobre el alimento.

Sistema indirecto. El calor se transmite a través de

una pared (placa o tubo de acero inoxidable).




58

Válvula de inyección de vapor

Efecto de los tratamientos térmicos en esporas y componentes lácticos



59

Pasterización

La pasterización consiste en la aplicación de calor a temperaturas inferiores a 100º

con la finalidad de destruir los microorganismos patógenos. Los alimentos con pH infe-

rior a 4.6 no necesitan condiciones especiales de conservación, mientras que los alimen-

tos con pH superiores a este valore precisarán refrigeración para su conservación.

Pasterización de fluidos

La pasterización en “batch” consiste en aplicar a los fluidos calor en un depósito

con doble pared. La temperatura oscila entre 65º y 90º y se mantiene durante minutos.

En la pasterización HTST el calor se transmite a través de una pared (placa o tubo

de acero inoxidable). La temperatura oscila entre 70º y 90º y se mantiene durante unos

segundos; en casos excepcionales, la temperatura (ovoproductos) la temperatura se

mantiene unos minutos.

Pasterización en batch. Representación de los

cambios térmicos a lo largo del tratamiento.

En los aparatos de pasterización, hay una zona de recuperación de calor donde el

producto tratado intercambia calor con el producto no tratado.




60

A – temperatura de entrada

B – temperatura de pre-calentamiento

C – temperatura de pasterización

% 100B A

recuperaciónC A

Condiciones de pasterización de huevos

Producto Temperatura (ºC) Duración (minutos)

Huevo entero 60 3.5

Yema

Entera 60-62-5 3.5-7

Azucarada o salada 62-64.4 3.5-7

Clara

Normal (pH 9) 56.7 3.5

Normal (pH 9) tratado con

peróxido de hidrógeno

51.7 3.5

Estabilizada con Al2(SO4)3

(pH 7)

69 3.6



61

Principales categorías de tratamiento térmicos lácticos

Proceso Temperatura Tiempo

Termización 63-65º 15 s

Pasterización LTLT de leche 63º 30 min

Pasterización HTST de leche 72-75º 12-20 s

Pasterización HTST de nata >80º 1-5 s

Ultrapasterización 125-138º 2-4

UHT 135-140 Pocos segundos

Esterlizacion en el envase 115-120º 20-30 min

Otros Aplicaciones de los Tratamientos Térmicos

Freído

El freído es un tratamiento térmico en el cual se utiliza un líquido como transmisor

de calor – el aceite. Los resultados de la operación son cambios deseables, como las re-

acciones de Maillard y oxidación lipídica a alta temperatura. El freído también tiene un

efecto conservador: la destrucción de microorganismos y enzimas, y reducción de la

actividad de agua en la superficie del alimento.

Hay diferentes tipos de productos fritos:

Interior húmedo (Donuts, productos de aves o pescado).

o Tratamiento térmico a elevada temperatura durante poco tiempo.

o Vida útil corta, a causa de migraciones de aceite y humedad durante el alma-

cenamiento.

o Pueden conservarse en refrigeración, en atmósferas modificadas o en conge-

lación.

Secos después de freír (patatas fritas y otros snacks)

o Tratamiento térmico a baja temperatura durante mucho tiempo.

o Vida útil de hasta 12 meses

o La calidad se mantiene por las propiedades adecuadas del envase que forma

una barrera protectora, asimismo como las condiciones adecuadas del alma-

cenamiento.

Durante el freído, el calor es transmitido por conducción a través del aceite. El acei-

te puede aguantar temperaturas más elevadas que el agua.




62

Durante el freído hay intercambio de materia y energía entre el aceite, el alimento y

el aire:

Transferencia de calor

o Desde el aceite hacia el producto

o Se hacer servir para evaporar agua y para cocer el producto.

Transferencia de materia

o Pérdida de agua desde el producto hacia aceite y aire

La fuerza conductora es la variación de la presión de vapor (del producto

hacia el aceite).

o Incorporación de aceite en el alimento.

La transferencia de calor entre el aceite y el alimento está limitada por la capa lími-

te; ésta es determinada por la viscosidad del aceite y su turbulencia.

El tiempo de freído depende de múltiples factores:

Tipo de alimento

Temperatura del aceite

Método de freído (paella o freidora)

Grueso del alimento

Los cambios deseados en las características de calidad del alimento

La seguridad alimentaria es muy importante en los alimentos fritos de interior

húmedos; estos deben ser fritos suficiente tiempo para destruir todos los patógenos. La

seguridad alimentaria es importante sobre todo en los productos cárnicos fritos.

La temperatura del freído depende también de muchos factores:

Decisión parcialmente económica

o Temperaturas elevadas permiten tiempo de procesado reducido y ritmo de

producción incrementado, pero por el otro lado implican deterioro más rápi-

do del aceite.

Características del producto

o Alimentos con costra y interior húmedo requieren temperaturas elevadas

o Alimentos que han de llegar a la sequedad se procesan a temperaturas bajas

Antes de que se forma la costra, se consigue eliminar la humedad.

Se consigue secar antes de que los cambios superficiales sean excesivos.

Freidora o paella?

Paella

El calor se transmite por conducción de la superficie de metal caliente a la delgada

capa de aceite

o El aceite es un buen transmisor de calor.

Problema: dorado irregular de los alimentos



63

o El grueso de la capa de aceite varía como resultado de la irregularidad de la

superficie del alimento.

o Las burbujas de vapor separan el alimento de la paella, causando variaciones

de temperatura durante el freído.

El coeficiente de transmisión de calo es elevado (200-450 W/m2·K), pero no es

uniforme.

Freidora

El dorado es regular.

o Toda la superficie del alimento recibe tratamiento térmico similar.


o Función de la convección dentro del aceite caliente y la conducción hacia el

interior del alimento. Hasta que se evapore agua dando vapor, no se produce

la turbulencia necesaria para convección óptima.

o Los coeficientes de tratamiento térmico son:

250-300 W/m2·K antes que comience la evaporación de humedad de la

superficie del alimento.

800-1,000 W/m2·K cuando hay turbulencia alrededor del alimento.

Si la tasa de evaporación es demasiado elevada, hay una capa delgada de

vapor que se mantiene alrededor del alimento reduciendo el coeficiente

de transmisión de calor.

Configuraciones de transporte en freidoras

a. Productos delicados no flotantes (filetes de pescado)

b. Productos empanados

c. Productos secos flotantes (snacks semiprocesados)

d. Función dual (snacks y frutos secos).




64

Horneado o tostado

Horneado – productos basados en harina y frutos; tostado – carne, frutos secos, ver-

duras.

El objetivo primario de la operación es cambiar la estructura y las propiedades sen-

soriales del alimento; el objetivo secundario es conservar el alimento mediante la des-

trucción de microorganismos y la reducción de la actividad de agua en superficie del

alimento.


Hacia el alimento

o Irradiación desde la pared del horno

o Convección desde el aire circulante

o Conducción a través del molde

Dentro del alimento

o En la mayoría de los alimentos por conducción; hay muy poca o nula con-

vección en los alimentos horneados.

La capa de aire sobre el alimento puede limitar la transferencia de calor; mejora en

formas convectoras.

La transferencia de calor es insuficiente en la operación de horneado – el consumo

de energía durante la cocción al horno es del orden de 450-650 kJ por cada Kg. de agua

evaporada.



65

Equipos

Clasificación de los hornos según:

Calentamiento directo o indirecto

o Directo – la fuente de calor se encuentra en contacto directo con el aire del

alimento

o Indirecto – hay un intercambiador de calor entre la fuente de calor y el aire

del alimento

Proceso continuo o discontinuo

o Discontinuo

Ofrece mayor flexibilidad

Es más fácil para pequeños lotes de multitud de productos

o Continuo – horno en túnel. Hasta 150 m de longitud y 1.5 metro de ancho.

Secciones de calentamiento y humidificación separados. Ambientes de

cocción controlada por zonas.

Ampliamente empleados

Elevada capacidad control exacto, bajos costes de operación

Alta inversión inicial, gran uso de superficie

Efecto de la cocción en horno sobre el alimento

Mejora de las propiedades sensoriales, haciendo los alimentos más palatables

Permite mayor variedad de gustos

Destruye enzimas y microorganismos

Conserva el alimento gracias a la reducción de la actividad del agua

Cambios de textura

Pérdida de agua

o Desecación de la superficie y formación de costra

o Pérdida de humedad en carnes y productos cárnica puede ser una merma im-

portante

Cambios en algunos componentes del alimento

o Gelatinización de los almidones

o Desnaturalización de las proteínas

Modificando las condiciones de cocción y su duración puede influir en las propie-

dades del alimento.

Cambios en el aroma

Es la principal razón de la cocción en horno

o Reacciones de Maillard y caramelización son los principales contribuyentes

al desarrollo del aroma.




66

o El tiempo y la temperatura son críticos en la formación del aroma adecuado.

Cambios nutricionales

La mayor temperatura se consigue en la superficie

o La relación superficie volumen determina la importancia de las pérdidas en

el alimento.

Las pérdidas de lisina en el pan pueden ser importantes si el pan es la base de la

dieta

o Reducción es alrededor del 23%.

o Las pérdidas de lisina no son importantes en biscochos, frutos secos, cacao,

café o snacks, ya que no son una parte esencial de la dieta.

También hay pérdidas de vitamina C y de tiamina.

En los productos cárnicos se producen pérdida de zumos, y la pérdida de los com-

puestos hidrosolubles.

o Las pérdidas dependen de la pieza y del tipo de corte, la especie animal, el

tratamiento pre- y postsacrificio y las proporciones de grasa.

Tecnología de los Alimentos Irradiación de los alimentos

67

Irradiación de los alimentos

Radiación electromagnética:

El uso alimentario de radiación electromagnética es en la higienización de los ali-

mentos. El tratamiento de productos alimentarios por radiación gamma o electrones ace-

lerados ha demostrado su efectividad para reducir o eliminar la carga bacteriana saprófi-

ta y ciertos patógenos en carnes, especies y muchos otros alimentos. Este proceso está

recomendado por organizaciones internacionales (OMS) y aprobado en cuarenta países

para diversos alimentos. Sus aplicaciones incluyen:

Esterilización de los alimentos (de uso en hospitales)

Pasterización

Destrucción de microorganismos patógenos (carne)

Destrucción de parásitos patógenos

Destrucción de insectos (granos, cereales)

En USA, la FDA ha autorizado la ionización de pollo y cerdo para evitar la triqui-

nosis desde 1985, y en 1997 para eliminar E. coli de la carne, entre otros microorganis-

mos.


Efectos de las Radiaciones Ionizantes


68


Las radiaciones ionizantes provocan la ionización tras arrancar un electrón de un

átomo o molécula.

La energía no es suficiente para provocar radiactividad.

Las paredes del recinto no son radioactivas

Los envases no son radiactivos

No se transfiere radiactividad al entorno

Efectos en los microorganismos

Los microorganismos resultan dañados por una radiación ionizante cuando la partí-

cula ionizante o el quantum de energía atraviesa o pasa cerca de una porción sensible de

la célula. También participan los cambios producidos en los alrededores de los microor-

ganismos, especialmente el agua que producirá radicales libres oxidantes o reductores;

la ionización de un alimento congelado no tiene este efecto.

Resistencia a la irradiación

La resistencia a la irradiación es superior en esporas que en células vegetativa; tam-

bién es superior en bacterias Gram positivas que en bacterias Gram negativas. Por lo

general, los virus son más resistentes que los hongos y levaduras, que son más resisten-

tes que las bacterias.

Eficacia bactericida de la irradiación

La eficacia bactericida depende de varios factores:

Tipo y especie de organismo

Carga inicial microbiana o de esporas

Composición del alimentos



69

o Algunos constituyentes son protectores (proteínas, catalasa, sustancias re-

ductoras – nitritos, sulfitos y sulfihidril).

o Compuestos que se combinan con el grupo –SH son sensibilizantes.

Presencia o ausencia de oxígeno (depende del organismo)

o Reacciones colaterales indeseables se intensifican en presencia de oxígeno.

Estado físico del alimento durante la irradiación

o Humedad y temperatura afectan de manera diferente.

Condición de los organismos

o Edad, temperatura de crecimiento y esporulación, estado (vegetativo o espo-

ras)

Efecto del oxígeno y la acidificación

Día

Dosis Estado 1 3 6 9 12 15

0 Aire 3·5 4·5 4·5 5·5

Vacío 2·5 3·5 5·5 5·5

Marinado 1·5 1·5 1·5 1·5

3 Aire 1·5 2·5 4·5 3·5 4·5 5·5

Vacío 1·5 2·5 2·5 4·5 4·5 4·5

Marinado 0 0 0 0 2·5

5 Aire 0 0 0 0 0 0

Vacío 0 0 0 0 0 1·5

Marinado 0 0 0 0 0 0

Dosis mínimas efectivas para eliminar la patogenicidad de parásitos

Aspectos negativos

Formación de radicales libres (más en grasas, menos en proteínas y glúcidos)

Productos radiolíticos




70

o Agregados proteicos

o Ácidos orgánicos (acético, glicólico)

o Derivados de vitaminas

o Derivados de D-glucosa y D-fructosa

o Volátiles de bajo peso molecular

o Productos de recombinación

Todos los efectos son comparables a los que aparecen con los tratamientos conven-

cionales, y se minimizan en congelación, en vacío o mediante adición de antioxidantes.

Toxicidad

Cientos de estudios toxicológicos han demostrado que la irradiación no tiene efec-

tos en el consumidor; los estudios de hasta 58 kGy en aves y carne demostraron que no

hay efecto. Los estudios se han hecho en alimentación de animales de laboratorio. No se

crean cromosomas anormales.

Los productos radiolíticos no son dañinos; los radicales libres desaparecen al reac-

cionar con otras sustancias.

Aspectos nutritivos

Reducción no importante de algunas vitaminas

o A, E, tiamina, Ácido fólico y vitamina C

o No superiores a los tratamientos convencionales

Fuentes de Radiación Ionizante

Rayos gamma

Electrones acelerados

Rayos gamma

Muy corta longitud de onda

o Alta frecuencia

o Elevada energía

60Co. Vida media de 5.3 años

137Cs. Vida media: 30 años



71

Ventajas e inconvenientes

Fuerte penetración del rayo electromagnético.

Fiabilidad de la fuente que irradia naturalmente

Instalación radiactiva de 1ª categoría en la legislación actual

Transporte, mantenimiento, estocaje de fuentes radiactivas

Pérdida anual de la actividad de irradiación del 12%

Rendimiento débil

o Excepcionalmente alcanza el 30%

Tratamiento continuo pero sobre un volumen permanente elevado de material

o No flexibilidad de dosis y de lote

Emisión permanente de radiación

Electrones acelerados

Ventajas e inconvenientes

Fuente eléctrica: sólo funciona cuan-

do se necesita.

Excelente rendimiento, desde el 60%

(por una cara) hasta 80% (por dos ca-

ras).

Tratamiento continuo en acondicio-

namiento unitario, fácil cambio de lo-

te y/o de dosis.

Producto esterilizado disponible en

pocos minutos.

Alta capacidad de dosis, algunos

kGy/s que limitan los riesgos de degradación de los polímeros.

Ausencia de impacto ambiental.




72

Penetración limitada de este rayo corpuscular constituido por electrones acelera-

dos de 10 MeV.

Cadena de tratamiento elevada que exige personal de manipulación suficiente o

equipos de manipulación automatizados.

Dosis

Energía emitida: electrón voltio (eV)

o 1 eV = 1.6·10– 19

J

Energía absorbida: Gray

o 1 gray (= 100 rads) =1J/Kg.

La dosis es una función del tiempo de exposición, localización respecto a la fuente

y la masa, densidad y grosor del alimento. Para cada alimento hay que determinar las

condiciones – dosimetrías. La dosis máxima para alimentos (según la FAO) es de 10

kGy.

10 kGy – energía requerida para aumentar 2.4ºc la temperatura del agua.

Dosis baja < 1 kGy Inhibir la germinación

Retrasar la maduración

Desinsectación y desparasitación

Dosis intermedia 1-10 kGy Prolongar la vida útil (reducción de alternantes)

Eliminación de algunos patéenos

Dosis elevada 10-50 kGy Esterilización alimentos hospitalarios

Esterilización de algunos ingredientes



73

Objetivo Dosis Productos

Baja (< 1 kGy)

Inhibir la germinación

Retrasar la maduración

Desinsectación

y desparasitación

0.05-0.15

0.15-0.5

0.25-1.0

Patatas ,cebollas, ajo

Cereales, fruta (fresca o deshidratada),

carne y pescado (fresco o deshidratado)

Fruta y vegetales frescos

Media (1-10 kGy)

Prolongar la vida útil

(reducción de alternantes)

Eliminación de algunos

patéenos

1.0-3.0

1.0-7.0

2.0-7.0

Pescado fresco, setas, fresas

Productos de la pesca, aves, carne (fresco o congelado)

Una –organoléptico, rendimiento–

Alto (10-50 kGy)

Esterilización alimentos hospi-

talarios

Esterilización de algunos in-

gredientes

30-50

10-50

Alimentos preparados, hospitalarios…

Especies, preparaciones enzimáticas…

Aplicaciones Actuales No Alimentarias

Esterilización de productos médico-farmacéuticos

Material medico quirúrgico

o Equipos de infusión y transfusión de curas

o Guantes de cirugía, examen e intervenciones

o Jeringuillas y agujas hipodérmicas

o Artículos médico-quirúrgicos diversos (pinzas, escalpelos, maquinillas de

afeitas)

o Dializadores

o Todo lo necesario para cuidados o packs quirúrgicos

o Prendas de vestuario

o Prótesis: material ortopédico, prótesis vasculares o mamarias

o Artículos de ginecología y contracepción

Artículos de laboratorio tarros, tubos, frascos

o Pipetas

o Artículos de control microbiológico

o Frascos para cultivo celular

Productos farmacéuticos, de higiene y cosmética

Reticulado de materiales plásticos


Aplicaciones Actuales No Alimentarias


74

Es la aplicación industrial más importante por el volumen que mueve, reticulado pa-

ra recubrir alambres, cables y tuberías de material aislante. La ionización y la consi-

guiente formación de radicales libres produce en los plásticos y polímeros en general, el

fenómeno de reticulado (crosslinking), que provoca la unión de las cadenas moleculares

mediante lazos laterales, resultando una nueva cadena con un peso molecular más ele-

vado y con mayor resistencia.

El reticulado mejora las propiedades de resistencia térmica e ígnea de estos materia-

les, muy apreciados para automóviles, equipos electrónicos, centrales nucleares etc.

La reticulación por ionización es de especial interés en tuberías plásticas destinadas

agua y otros productos alimentarios, por sus ventajas frente a los riesgos tóxicos que

presenta el reticulado por vía química.

Otras posibles aplicaciones

Esterilización de tapones de corcho para eliminar el riesgo del desarrollo de bacte-

rias y hongos y del deterioro de la calidad del vino.

Polimerización de la celulosa y el curado de superficies (aplicación en expansión

reflejada en discos de ordenador, semiconductores, cartones para envases, piezas

de motocicleta etc.).

Las gemas semipreciosas (topacio, zafiro) son tratadas a altas dosis para dotarlas

de colores más puros o intensos.

Distribución de la Irradiación de Alimentos

En la unión europea:

Francia

Holanda

Bélgica

Reino unido

Italia

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