Pasteurización Ultravioleta para la Industria Alimentaria

Introducción

El deterioro de los alimentos por microorganismos patógenos y no patógenos, puede minimizarse mediante el procesamiento de alimentos y las técnicas de conservación. Los brotes frecuentes de patógenos transmitidos por los alimentos están asociados con productos frescos, leche y jugos de fruta. Actualmente, la industria de productos agrícolas utiliza productos químicos y fumigantes para controlar los patógenos en las industrias de embalaje y manipulación. La industria de alimentos líquidos y productos lácteos utiliza métodos de pasteurización térmica para desinfectar los patógenos de los alimentos y extender la vida útil de los productos. Aunque los métodos térmicos son efectivos en la desactivación de microorganismos, el proceso térmico afecta negativamente a los alimentos a través de la pérdida de vitaminas, y cambios en las propiedades sensoriales, como el color y el sabor. Además, el procesamiento térmico no es práctico en la industria de productos frescos. La pasteurización térmica también afecta la inactivación enzimática, la oxidación de lípidos, la desnaturalización de proteínas y el “pardeamiento” no enzimático. Por lo tanto, los métodos de procesamiento no térmico se están estudiando como técnicas alternativas de procesamiento de alimentos. Actualmente varias tecnologías no térmicas están en re-búsqueda. Algunas de estas tecnologías son ultrasonido (US), Procesamiento de alta presión (HPP), campos eléctricos pulsados ​​(PEF), tratamiento con luz pulsada (PL), luz ultravioleta (UV) y plasma con presión atmosférica no térmica (NTAP). Estos nuevos métodos no térmicos pueden ser útiles para inactivar patógenos transmitidos por los alimentos y descomponer microorganismos de una gama de alimentos sólidos y líquidos. La irradiación UV se considera uno de los medios efectivos de desinfección, que excluye la necesidad de calor para deshacerse de los microorganismos.

Luz Ultravioleta

Hay tres regiones de luz ultravioleta dentro del espectro electromagnético. Estos son los UV-A (315-400 nm), UV-B (280-315 nm) y UV-C (200-280 nm). La luz UV exhibe propiedades germicidas en la región UV-C. La eficacia de inactivación sigue una curva en forma de campana donde la inactivación máxima ocurre aproximadamente en el rango de 254 a 264 nm. Sin embargo, las lámparas UV de mercurio típicas se entregan a un máximo de 254 nm. Por lo tanto, generalmente se menciona que la inactivación UV está a 254 nm. Varios estudios sugieren que la destrucción de microorganismos ocurre debido a la penetración de la luz UV-C en las membranas externas de las células, provocando un daño tremendo del ADN debido a la formación de dímeros de timina, que impiden que el microorganismo lleve a cabo la transcripción y replicación del ADN, que finalmente conduce a la muerte celular en el proceso de desinfección con luz UV-C.

Penetración y Absorción de la Luz Ultravioleta en Alimentos

La luz UV penetra materiales alimenticios solo hasta varios milímetros dependiendo de las propiedades ópticas de los alimentos. La luz UV puede penetrar fácilmente el agua ya que es transparente a las longitudes de onda producidas. La luz ultravioleta no puede penetrar la leche y otros alimentos turbios, por lo que los alimentos opacos deben presentarse en el sistema como una capa delgada. Guerrero-Beltrán y Barbosa-Cánovas afirmaron que el color o la turbidez del líquido influyen en el coeficiente de absorción óptica del líquido. La capacidad de penetración de la luz ultravioleta se reduce a medida que aumenta el coeficiente de absorción. Por lo tanto, es esencial comprender que la mejora de la profundidad de penetración será beneficiosa para el tratamiento con luz UV de alimentos con coeficientes de absorción más altos. La presentación de alimentos en una película delgada puede dar como resultado un aumento en la eficacia de la inactivación de microorganismos.

Efecto de UV en los Componentes y en la Calidad de los Alimentos

La exposición a la luz UV inicia la oxidación de radicales libres y cataliza otras etapas del proceso de oxidación. Los radicales lípidos, radicales superóxido (SOR) y H₂O₂ se forman debido a la luz ultravioleta . La SOR puede inducir además la reticulación de carbohidratos, la reticulación de proteínas, la fragmentación de proteínas, la peroxidación de ácidos grasos insaturados y la pérdida de la función de fluidez de la membrana. La desnaturalización de componentes tales como proteínas, enzimas y aminoácidos (Especialmente aminoácidos con compuestos aromáticos) en la leche puede ocurrir con la radiación UV, lo que también produce cambios de textura. El agua también absorbe fotones UV y produce radicales OH^– y H⁺, lo que a su vez ayuda a los cambios en otros componentes de los alimentos. Kolakowska informó que hay cambios obvios en la composición química de los componentes de los alimentos y el deterioro de la calidad del producto cuando se aplica el tratamiento con luz ultravioleta en dosis altas. Por lo tanto, es obligatorio optimizar adecuadamente el proceso de desinfección para que se mantenga la calidad de los productos alimenticios y se garantice su inocuidad. Normalmente, la inactivación microbiana se puede lograr en segundos o minutos, dependiendo de la opacidad de los productos alimenticios y del tipo de microorganismo.

En general, se ha encontrado que el uso de tratamiento con luz UV para alimentos no causa ningún efecto adverso, especialmente si la luz UV se aplica en cantidades moderadas. Sin embargo, la modificación y optimización del tratamiento con luz UV podría ser necesaria para una implementación exitosa del proceso con respecto a algunos alimentos.

Desinfección UV de Alimentos Líquidos

Las nuevas regulaciones impuestas por la FDA estipulan la implementación del Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control (HACCP) en las operaciones de procesamiento de jugos de fruta y vegetales (21 CFR Part 120). Esta regulación que requiere la reducción de 5 log de patógenos ha requerido el desarrollo de tecnología asequible. La eficacia de la irradiación UV para controlar patógenos en la sidra de manzana ha sido el foco de estudios recientes. Wright y colegas inocularon sidra de manzana con un cóctel de cinco cepas de Escherichia coli O157:H7 a un nivel aproximado de 106 UFC/ml y colocaron la sidra de manzana teñida en películas delgadas a través del modelo Cider-10uv (Ideal Horizons, Poultney, VT) Unidad de desinfección UV a través de una radiación UV a 254 nm. Los caudales variaron de 60 a 90 l/h para generar dosis de UV entre 9,4 y 61 mJ/cm². La reducción logarítmica media fue de 3.8 log UFC/ml. Sugirieron que, si el dispositivo se modificara para aumentar la intensidad de la irradiación UV, además de un caudal máximo, la reducción de E. coli sería mayor y a tasas más rápidas. Los niveles de levadura y el recuento de hongos en la sidra también influyeron en la reducción de los recuentos microbianos.

Choi y Nielsen demostraron que la sidra de manzana pasteurizada UV era superior en color y puntajes sensoriales en general en comparación con la sidra de manzana pasteurizada térmicamente. Las muestras irradiadas con UV fueron más bajas en sólidos solubles durante los primeros 7 días y no mostraron diferencias significativas en la aceptabilidad del consumidor.

Los estudios que utilizaron la sidra de manzana que utilizó el dispositivo CiderSure 3500 UV (FPE, Inc., Rochester, NY) confirmaron la capacidad del dispositivo para lograr una reducción de 5 log de Cryptosporidium parvuum y E. coli. El dispositivo fue diseñado para permitir que la sidra de manzana pase a través de una serie de ocho lámparas UV germicidas en películas delgadas. La longitud de onda y la intensidad dentro del dispositivo CiderSure fueron de 254 nm y 14.3 mJ/cm² de irradiación UV, respectivamente, con tiempos de exposición entre 1.2 y 1.9 segundos. Se colocó un sensor UV monitorizado por computadora dentro del dispositivo para ajustar la velocidad de flujo de acuerdo con las lecturas del sensor para asegurar que toda la sidra recibiera la cantidad correcta de luz UV.

En un estudio realizado por Basaran, las sidras con diferentes composiciones sólidas y concentraciones fueron sometidas a diferentes tratamientos de filtración que produjeron sidras más claras y más oscuras. Estas variables se incluyeron deliberadamente para probar el dispositivo de UV por su capacidad de superar tales diferencias y aún lograr una reducción de 5 log en E. coli O157:H7. Se usaron tres cepas de E. coli O157:H7 en el estudio (ATCC 43889, 43895 y 43933). Las muestras de sidra de manzana se inocularon con cada una de las tres cepas y luego se pasaron a través de la unidad de irradiación UV CiderSure a 4 ℃. Los resultados mostraron una reducción de 6,12 ± 0,36, 5,83 ± 0,11 y 5,87 ± 0,11 log para las tres cepas de E. coli O157: H7, respectivamente. También encontraron una reducción > 5 log de un organismo sustituto E. coli ATCC 25922 en una prueba de validación en un entorno de producción de sidra. Quintero-Ramos mostró que el pH de la sidra de manzana no tenía una influencia significativa en la reducción de E. coli 25922 en la sidra de manzana. Los resultados mostraron la existencia de una relación no lineal entre la tasa de supervivencia de E. coli y la dosis de UV.

Koutchama estudió la eficacia de la luz UV en la destrucción de E. coli K-12 en el jugo de manzana utilizando reactores UV de flujo laminar y turbulento. Concluyeron que el aumento en la velocidad de flujo de la radiación UV aumenta la inactivación de E. coli en el jugo de manzana cuando se usan reactores UV de flujo turbulento debido a las mejores condiciones de mezclado dentro del reactor UV. Al examinar los parámetros físicos y químicos de los zumos de manzana, descubrieron que la absorbancia afectaba de manera constante la inactivación de E. coli K 12 en el zumo de manzana.

Matak estudió la eficacia de la luz UV en la inactivación de E. coli K 12 para diferentes porcentajes de grasa de la leche a diferentes temperaturas (4 ℃ y 20 ℃) ​​utilizando el dispositivo CiderSure 3500. Encontraron una reducción logarítmica de 0.73 a 2.29 de E. coli en diferentes porcentajes de grasa de la leche. Las células de Listeria monocitogenes se inactivaron a niveles no detectables de 107 UFC/ml en leche de cabra cuando se utilizó luz UV a una dosis acumulativa de UV de 15,8 ± 1,6 mJ/cm² para un tiempo de exposición de 18 segundos (Re-5187).

Reinemann logró una reducción de 3 logaritmos de la flora natural en leche de vaca cruda con dosis UV de 1.5 J/ml utilizando reactores UV puros versiones 1 y 2 en su laboratorio. Estos reactores contienen una lámpara UV de mercurio a baja presión dentro de la funda de vidrio de cuarzo, encerrado en una cámara de acero inoxidable.

Más recientemente, se examinó la eficacia de los reactores UV Dean flow en la inactivación de E.coli W 1485 y endosporas de Bacillus cereus en leche cruda de vaca, leche desnatada procesada comercialmente, y leche de soya. Se encontró una reducción de > 7 log de E.coli W 1485 en leche desnatada y > 5 log del mismo organismo para leche de soya usando un reactor de flujo Dean con 1,6 mm de diámetro con una dosis UV de 0,05 J/ml. Con leche de vaca cruda usando el mismo reactor a la misma dosis de UV, se encontró una reducción de 4 log de E.coli W 1485. Se recomendó una mayor dosis de UV para leche de vaca cruda que leche desnatada y leche de soya debido a la menor transmisión de UV leche de vaca.

Tratamiento UV de Productos Frescos

Hay varias técnicas de reducción de patógenos no térmicas para productos frescos. Estos procesos de tratamiento alternativo pueden ser de naturaleza química o no química. La mayoría de las técnicas de tratamiento químico incluyen cloro, bromo, yodo, fosfato trisódico, peróxido de hidrógeno u ozono. Los tratamientos no químicos incluyen microondas, ultrasonido, radiación ionizante y ultravioleta (UV). La tecnología UV es una tecnología prometedora de descontaminación de superficies porque es inocua y no deja ningún efecto residual en los productos alimenticios tratados. Además de ser germicida, se ha descubierto que los tratamientos con UV inducen cambios deseables en los componentes de la salud de las frutas y verduras, como el aumento de la capacidad antioxidante y el aumento de la vida útil. Los sistemas UV son asequibles, ya que requieren una inversión inicial baja y un menor costo operativo de tratamiento.

Se realizaron varios estudios sobre el tratamiento con UV de frutas y verduras para aumentar la vida útil y mejorar la calidad del producto. Lu estudió el efecto de los niveles bajos de radiación UVC (130-4000 mJ/cm²) en la vida útil de los duraznos y los jitomates, y reportó una reducción de deterioro postcosecha y un retraso en la maduración.

Bialka y Demirci informaron el uso de tratamientos con UV para la descontaminación de E. coli y Salmonella enterica en los arándanos. Después de 60 s de tratamiento con UV pulsado, informaron una reducción máxima de 4.3 y 2.9 log UFC/g para Salmonella y E. coli, respectivamente. La radiación UV pulsada es más costosa que la radiación UV de onda continua. El bajo costo inicial de la radiación UV de onda continua, así como la falta de equipos de seguridad extensivos pueden beneficiar a aquellos con poco capital para invertir, lo que se aplica a la mayoría de las empacadoras comerciales de arándanos.

A manera de conclusión

Existe una oportunidad prometedora para adoptar el procesamiento ultravioleta en una industria de procesamiento de alimentos y lácteos a pequeña o gran escala. Con la aprobación de la FDA, varias aplicaciones nuevas de procesamiento de UV están siendo probadas y validadas por las industrias de productos lácteos y alimentos en los Estados Unidos de América. Con potencial para ofrecer cualidades organolépticas superiores a los productos alimenticios a una menor inversión inicial y costos de operación, los autores citados prevén un gran éxito para la adopción de la tecnología de procesamiento UV por parte de la industria de procesamiento de alimentos.

Descargo de Responsabilidad

La implementación y/o ejecución de esta información guiará al usuario en el uso de la técnica mencionada como parte de las medidas de control de su Sistema de Inocuidad Alimentaria, pero NO GARANTIZARÁ la inocuidad de su producto. El usuario y su equipo de trabajo, deben realizar las actividades de validación correspondientes.

Referencias

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