TECNOLOGÍAS DE ENVASADO EN ATMÓSFERAS PROTECTORAS Y SU CALIDAD MICROBIOLÓGICA

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1 TECNOLOGÍAS DE ENVASADO EN ATMÓSFERAS PROTECTORAS Y SU CALIDAD MICROBIOLÓGICA Prof. María Luisa García López Departamento de Higiene y Tecnología de los Alimentos Facultad de Veterinaria Universidad de León León HISTORIA La utilización comercial de atmósferas modificadas (AM) o protectoras para incrementar la vida útil o durabilidad de los alimentos no es un concepto nuevo ya que se empleó a principios de la década de 1930, en Australia y Nueva Zelanda, para el almacenamiento, durante el transporte marítimo, de canales de vacuno y ovino que se exportaban al Reino Unido y poco después se empleó para el almacenamiento de frutas (sobre todo peras y manzanas), verduras y hortalizas. La importancia práctica del almacenamiento en AM se refleja en el hecho de que el IFT (Institute of Food Technologists) consideró las AM durante 50 años; desde 1939 hasta 1989, como una de las diez innovaciones más significativas en Ciencia de los Alimentos. El desarrollo de películas flexibles impermeables al oxígeno y otros avances tecnológicos facilitaron el envasado de alimentos destinados a la venta al por menor y, actualmente, una gran variedad de productos frescos y procesados se comercializan envasados en atmósferas modificadas. Desde sus inicios, los sistemas de envasado han ido evolucionando como respuesta a las exigencias de los consumidores en cuanto a una mayor durabilidad y mantenimiento de las características de frescura. Los cambios en el estilo de vida han determinado también una mayor demanda de productos fáciles de consumir y semielaborados y la globalización de mercados ha impuesto nuevas exigencias. Por esta razón, los sistemas de envasado han ido evolucionando desde lo más sencillo (envasado a vacío) hasta el empleo de envases activos e inteligentes. EL OXÍGENO Y LA ALTERACIÓN DE LOS ALIMENTOS El aumento de la vida útil de los alimentos envasados en AM es debido a la inhibición de fenómenos microbiológicos, químicos y enzimáticos relacionados con el oxígeno. El oxígeno constituye el 21% de la atmósfera terrestre y, en condiciones normales, es el gas más importante que está en contacto con los alimentos ya que participa en su alteración facilitando el crecimiento de microorganismos aerobios, el enranciamiento oxidativo de los lípidos y ciertas reacciones enzimáticas. También puede modificar el color y el bouquet y destruir ciertos nutrientes (vitaminas). En presencia de oxígeno, se multiplican en los alimentos bacterias con gran capacidad alterante (por ejemplo, varias especies de Pseudomonas), mohos y levaduras. En aerobiosis se produce el enranciamiento oxidativo debido a la oxidación de los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados con formación de peróxidos o hidro-peróxidos, que posteriormente se polimerizan y descomponen dando origen a la formación de aldehídos, cetonas y ácidos. El enranciamiento oxidativo, además destruye las vitaminas liposolubles, particularmente las vitaminas A y E. Finalmente, el oxígeno favorece la acción de enzimas presentes de forma natural en los alimentos como catalasa y peroxidasa que son responsables del pardeamiento de verduras y hortalizas troceadas. 1

2 EFECTO DE LA COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA SOBRE LA DURABILIDAD DE LOS ALIMENTOS Es evidente que la composición de la atmósfera es muy importante en relación con la vida útil o capacidad de conservación de los alimentos. De todas formas, su acción depende del grupo de alimentos y, dentro de cada grupo, de los diferentes productos. Así: En frutas, verduras y hortalizas las AM mantienen la calidad y alargan la vida útil porque: a) disminuyen la tasa de respiración y, por tanto, la velocidad de maduración, siendo importante en productos que maduran muy rápidamente una vez iniciado el proceso (p. ej., plátanos). Hay que recordar que a menor respiración se genera menos calor, b) la disminución de O 2 o el aumento de CO 2 detiene la síntesis de etileno y 3) se controla la multiplicación de mohos. En cereales y leguminosas, su principal efecto consiste en controlar el crecimiento fúngico. En carne y pescado, el aumento de la vida útil es debido a la inhibición de las bacterias aerobias Gram-negativas, especialmente Pseudomonas que son sustituidas por bacterias acidolácticas (BAL). El primer grupo bacteriano se caracteriza por producir metabolitos ofensivos (amoniaco, aminas, SH 2, etc.) cuando alcanzan niveles de ufc/g o cm 2 mientras que los metabolitos de las BAL son principalmente ácido láctico y otros compuestos que no se asocian con la alteración hasta que este grupo bacteriano no alcanza niveles 10 9 ufc/g o cm 2. Además, las BAL se multiplican más lentamente a bajas temperaturas en condiciones reducidas de oxígeno. En otros alimentos como productos lácteos (quesos), productos de panadería, y productos cárnicos crudos curados, la durabilidad aumenta porque se inhibe el crecimiento fúngico. En el envasado en AM, los gases más empleados son CO 2, N 2, y O 2 El efecto antimicrobiano del dióxido de carbono se conoce desde hace tiempo, aplicándose a alimentos proteicos (inhibición de la flora alterante), a productos vegetales (control de mohos) y, a presiones elevadas (hiperbáricas), en las aguas minerales y bebidas refrescantes. Sin embargo, la causa última de inhibición no está del todo esclarecida pudiendo ser la asociación de varias acciones. Una de ellas, tiene que ver con la formación de H 2 CO 3. El CO 2 de la atmósfera se disuelve en el agua para producir ácido carbónico que se disocia parcialmente para producir aniones bicarbonato y protones CO 2 + H 2 O H 2 CO H CO H + La cantidad de CO 2 en disolución depende de la presión parcial del CO 2 en la fase gaseosa, de la temperatura y del ph. Así, al bajar la temperatura, aumenta la solubilidad. El ácido carbónico como otros ácidos orgánicos débiles, atraviesa la membrana plasmática y acidifica el interior de la célula. Se cree que otras acciones podrían ser: - producir alteraciones en la membrana celular que afectan desfavorablemente al transporte de solutos. -inhibir enzimas esenciales, especialmente a aquellos que intervienen en reacciones de carboxilación/descarboxilación en las que el dióxido de carbono es un reactivo. -reaccionar con los grupos amino de las proteínas modificando sus propiedades y su actividad. El Nitrógeno es un gas inerte que tiene efecto anóxico sobre los microorganismos y retrasa el enranciamiento. Por otra parte, al ser poco soluble, se utiliza en algunos 2

3 alimentos, como la carne fresca, también para evitar el colapso del envase asociado a la alta solubilidad del CO 2. El O 2 se utiliza para el envasado de carne porque se mantiene el color de la misma (oximioglobina). El empleo del monóxido de carbono (CO) en algunos alimentos como la carne fresca es interesante (color) pero tiene limitaciones prácticas (toxicidad y mezclas potencialmente explosivas con el aire) y legales por lo que se usa poco. Los gases nobles (argón y helio) están siendo utilizados, en sustitución del nitrógeno, para el envasado de ciertos grupos de productos como snacks. Otros gases investigados para su utilización en atmósferas protectoras son: hidrógeno, óxido nitroso, dióxido de azufre, cloro y ozono. Es muy importante elegir convenientemente el material de envasado empleado. La función principal que desempeña el envase es preservar el ambiente gaseoso creado en su interior. Los materiales seleccionados para su fabricación deben presentar determinadas propiedades barrera al paso de los gases y la humedad. Además, es deseable que reúnan otras características desde el punto de vista técnico, comercial, legal y medioambiental. Los envases más empleados en el envasado en AM se fabrican con materiales poliméricos y se dividen en dos categorías: envases flexibles y envases rígidos. En esta segunda categoría los envases constan de dos componentes. El inferior, generalmente una bandeja o barqueta sobre la que se deposita el alimento, y una película flexible para cubrirlo. Además de los polímeros se pueden utilizar otros materiales en aplicaciones concretas como los metales para productos deshidratados (por ejemplo, para leche en polvo). Es difícil que un único material polimérico posea todas las características deseables. Por este motivo, la mayoría de las películas se fabrican con laminados de dos o a cinco películas. Un ejemplo típico sería el de una película con tres laminados: Externo (resistente) Interno (con buena capacidad de sellado) Medio (barrera frente a los gases). SISTEMAS TRADICIONALES DE ALMACENAMIENTO/ENVASADO EN CONDICIONES REDUCIDAS DE OXÍGENO La modificación de la atmósfera que rodea a un alimento es una práctica frecuente, empleándose distintos términos: 1. Envasado en atmósferas modificadas (MAP) 2. Envasado a vacío (VP) 3. Envasado en atmósferas controladas (CAP) 4. Almacenamiento en atmósferas modificadas (MAS) 5. Almacenamiento en atmósferas controladas (CAS) El MAP se define como el envasado de un producto perecedero en una atmósfera que ha sido modificada de forma que su composición es distinta de la del aire. El VP consiste en envasar un alimento en un sistema impermeable y eliminar el aire. En realidad es una variación del MAP porque durante el almacenamiento, la respiración tisular o natural del alimento y el crecimiento microbiano (p. ej., bacterias acidolácticas (BAL) heterofermentativas) generan CO 2 que puede alcanzar concentraciones de hasta el 20%. El CAP se considera que puede ser igual al MAP porque es muy difícil que, una vez que se envasa, se mantenga la atmósfera con la concentración inicial de gases. 3

4 El MAS consiste en mantener los alimentos en una cámara con una atmósfera distinta de la del aire. El CAS supone el mantenimiento de una atmósfera definida en una cámara de almacenamiento. En resumen, las atmósferas modificadas se refieren al envasado en el cual se elimina el aire (vacío) o se elimina el aire y se sustituye con los gases deseados; mientras que las atmósferas controladas se refieren a una circunstancia por la que se mantiene una atmósfera determinada durante el almacenamiento. ENVASADO A VACÍO Es el método más sencillo de modificar la atmósfera en el interior de un envase. Como ya se ha señalado supone únicamente la eliminación del aire y el sellado del envase pero en el caso de tejidos animales y vegetales, la baja permeabilidad de las películas y la respiración tisular y microbiana determinan que al cabo de cierto tiempo el oxígeno residual sea sustituido por CO 2. En el caso de la carne existe lo que se conoce como envasado a vacío segunda piel. En éste, el material de envasado se retrae por efecto del calor adaptándose al contorno del producto. De esta forma se evitan las bolsas de aire y arrugas, incrementándose la vida útil y mejorando notablemente su presentación. El sector cárnico fue el primero en aplicar esta tecnología. Así, se emplea para la venta al por mayor de grandes piezas (medias canales, cuartos, etc.) que luego se despiezan y se venden al por menor de forma tradicional o envasadas en AM. ENVASADO EN ATMÓSFERA MODIFICADA El envasado en atmósfera modificada implica la eliminación del aire del interior del envase y su sustitución por un gas o mezcla de gases, generalmente CO 2, O 2 y N 2. Como ya se ha señalado, además de los anteriores, se han investigado otros gases aunque su empleo a escala comercial es muy limitado. Existe también la posibilidad de que los productos envasados en películas flexibles permeables al oxígeno y listos para su venta al por menor se introduzcan en un envase secundario conteniendo CO 2. Las ventajas del envasado de los alimentos en estas condiciones son: o Significativo incremento de la vida útil o Menores pérdidas de peso por evaporación o Transporte y almacenamiento más higiénicos o Eliminación del goteo y de los olores desagradables o Mejor presentación y facilidad para examinar el producto o Menos desechos y reducción de costes por mano de obra durante la venta o Ventajas económicas por reducción de peso y espacio durante la distribución o Ampliación de las áreas de distribución Entre los inconvenientes podemos citar: Se necesita un equipamiento específico Costes superiores a los del producto sin envasar. Es necesario elegir convenientemente las mezclas de gases Es preciso evaluar su efecto sobre el crecimiento de algunas bacterias patógenas de transmisión alimentaria. 4

5 ENVASADO ACTIVO Y ENVASADO INTELIGENTE Los sistemas tradicionales de envasado a vacío y en atmósfera modificada tienen limitaciones y, por ello se han desarrollado y se están desarrollando nuevos sistemas conocidos como envasado activo y envasado inteligente El objetivo del envasado activo es incrementar la vida útil de los alimentos y mantener o potenciar sus propiedades organolépticas. Para ello se liberan sustancias beneficiosas (antimicrobianos, antioxidantes, aromas) y/o se eliminan compuestos indeseables (oxígeno, etileno, olores) del producto envasado o de su entorno. Algunas de las ventajas que ofrecen los envases activos en sus diferentes manifestaciones son: o Capacidad de respuesta del envase frente a los cambios que se producen. o Realización de operaciones como calentamientos, enfriamientos, o fermentaciones, que se pueden ya realizar dentro del mismo envase. o Reducción del empleo de aditivos o conservantes que pueden incorporarse en el mismo envase. o Reducción de costes si se compara con el envasado en atmósfera modificada, ejerciendo un control de ésta en productos individuales. Un envase inteligente controla las condiciones de conservación de los alimentos dando información sobre la condición del mismo durante el transporte y el almacenamiento. Se entiende por condición del alimento: Procesos fisiológicos (respiración de frutas y verduras frescas) Procesos químicos (oxidación de lípidos) Procesos físicos (endurecimiento de pan, deshidratación) Aspectos microbiológicos Infestación (insectos) Los dispositivos de envasado inteligente registran y proporcionan información relativa al estado del envase y del producto, siendo los envases inteligentes más comunes los que cuentan con dispositivos indicadores de tiempo-temperatura, de crecimiento microbiano y de gases. Tanto el envasado activo como el envasado inteligente se emplean frecuentemente en países como Japón y Australia. Sin embargo, en Europa, su empleo es limitado probablemente debido a restricciones legislativas aunque el Reglamento (EC) nº 1935/2004 ya los contempla y, posiblemente, a la falta de conocimiento sobre la aceptación del consumidor, la eficacia de los sistemas y el impacto económico y medioambiental. SISTEMAS ACTIVOS El principal objetivo del envasado activo es la mejora de la conservación del producto que contiene, extendiendo su vida útil pero manteniendo sus propiedades organolépticas, su calidad y la seguridad del mismo. Los sistemas activos se clasifican en absorbedores y emisores. Los absorbedores eliminan sustancias no deseadas como oxígeno, exceso de humedad, etileno, olores, sabores, etc. Los emisores liberan sustancias de interés como antioxidantes, antimicrobianos y aromas. 5

6 Existen dos formas de aplicar el componente activo al envase: - Componente activo en el interior del envase: El uso de pequeñas bolsas o sobres que contienen el principio activo constituyen el sistema más desarrollado y utilizado. Estas bolsitas están fabricadas con un material permeable que, por una parte, permite actuar al compuesto activo y, por otra, impide el contacto del mismo con el alimento. Tienen que ser resistentes a las roturas y estar convenientemente identificados para evitar que se ingiera su contenido. También se pueden utilizar etiquetas que se ubican en la parte interior del envase. - Componente activo incluido en el material del envase: Como alternativa al uso de bolsas se están desarrollando materiales para envasado, películas sintéticas y comestibles, que contienen el principio activo en su estructura Se basan en fenómenos deseables de migración ya que ceden al producto envasado las sustancias de interés. Como ventajas de esta técnica cabe destacar que se consigue que toda la superficie del componente activo entre en contacto con el producto y que el consumidor no encuentre ningún elemento extraño. Tipos de sistemas activos 1. Absorbedores de oxígeno ( scavengers ) El oxígeno presente en el envase puede acelerar la alteración de muchos alimentos. La presencia de oxígeno puede deberse a: La elevada permeabilidad del material del envase El aire retenido en el alimento o en el material del envase Pequeñas filtraciones debidas a un sellado no eficaz y una evacuación inadecuada Los absorbedores de oxígeno permiten reducir los niveles de este gas hasta diez veces más que el envasado a vacío ya que su aplicación elimina el oxígeno que está en contacto con el alimento. Las principales ventajas de su aplicación son: Control de la alteración de los lípidos (enranciamiento) Eliminación de coloraciones anómalas Control de mohos y bacterias aerobias Mantenimiento del sabor y características propias del producto Mantenimiento de nutrientes sensibles al oxígeno Extensión de la vida útil Los absorbedores de oxígeno que se utilizan pueden ser: Sales ferrosas que reaccionan con el oxígeno formando óxido de hierro Ácido ascórbico Sustancias fotosensibles Enzimas (glucosa-oxidasa y etanol-oxidasa) Ácidos grasos insaturados (lonoleíco, linolénico, oleíco) 2. Absorbedores y emisores de dióxido de carbono En algunos alimentos como la carne fresca, el dióxido de carbono en el espacio de cabeza es interesante porque posee actividad antimicrobiana. Sin embargo, en otros casos como sería el café envasado, no es deseable porque hace estallar el envase. Los absorbedores de CO 2 utilizan hidróxido cálcico para captar este gas. Los generadores de dióxido de carbono contienen como principio activo carbonato ferroso o una mezcla de bicarbonato sódico y ácido ascórbico. El gas se produce de manera continua y así se controla la multiplicación bacteriana. Su utilidad es limitada en algunos 6

7 productos porque cantidades elevadas de CO 2 pueden modificar los caracteres organolépticos, favorecer la formación de exudado, etc. 3. Absorbedores de etileno En general, se utilizan para el envasado de frutas y hortalizas frescas ya que el etileno acelera el proceso de respiración y favorece su maduración. Los sistemas más usuales de absorción de etileno son: Permanganato potásico (KMnO4) inmovilizado sobre sustrato mineral inerte como perlita, alumina, zeolita, carbón activo, gel de sílice, cristobalita. El KMnO4 actúa oxidando el etileno a etilenglicol y éste a CO 2 y agua Catalizadores metálicos (paladio, etc.) inmovilizados sobre carbón activo. 4. Absorbedores de humedad y reguladores de humedad Son sistemas capaces de actuar sobre el agua en estado líquido o gaseoso en la atmósfera que rodea al alimento dentro del envase. La humedad no sólo favorece la multiplicación bacteriana sino que empaña el envase. También es responsable del humedecimiento de alimentos con baja a w. Por otro lado, una excesiva evaporación del agua puede dar lugar a la deshidratación de los alimentos y favorecer la oxidación de lípidos Absorbedores de humedad: Se emplean para retener los líquidos que puedan desprenderse por exudación del producto envasado. Básicamente consisten en un polímero absorbente y granular (sales de poliacrilato, amidas modificadas o copolímeros de almidón) protegidos por dos capas de polietileno o polipropileno. Se suelen colocar en las bandejas de comercialización de productos frescos 4.2- Plásticos con aditivos antivaho: Estos aditivos, del tipo de los etoxilatos no iónicos o monoglicéridos, presentan el grupo apolar unido al plástico y el polar en la interfase. Su función será reducir la tensión superficial del agua condensada en el interior del plástico haciendo que las gotas se unan y formen una película continua manteniendo la transparencia del envase 4.3 -Reguladores de humedad: Captan vapor de agua en el interior del envase controlando, así, el desarrollo microbiano. Se pueden utilizar sobres en los que la materia activa puede ser gel de sílice, óxido de calcio o algunas sales de cloruro sódico, existiendo también etiquetas con la misma función. Hay materiales de envasado que contienen compuestos absorbentes en su propia estructura como el propilenglicol, sustancia absorbente protegida por dos capas de plástico (polivinilalcohol) muy permeables al vapor de agua Películas comestibles: Se trata de ceras que evitan la deshidratación de frutas y mejoran su aspecto. También se pueden utilizar películas mixtas a base de derivados de celulosa, gomas, gluten, almidón, combinados con compuestos lipídicos ya que éstos ofrecen una importante barrera a la humedad, pero pueden presentar problemas de estabilidad (fundamentalmente fenómenos de oxidación), e influir en la textura y características organolépticas. 5. Absorbedores de olores y sabores 7

8 Son sustancias empleadas para eliminar efectos indeseables en los alimentos envasados tales como el olor y el sabor. Algunos materiales utilizados son: triacetato de celulosa, papel acetilado, acido cítrico, carbón activo, arcillas, etc. La inclusión de triacetato de celulosa en el material de envase para zumos, elimina componentes amargos debidos a la limonina que se forma durante la obtención del zumo. Otros sistemas eliminan aldehídos (hexanal, heptanal). El Reglamento (CE) nº 1935/2004 limita el uso de los absorbedores de olores y sabores, ya que no deben alterar la composición ni las propiedades organolépticas de los alimentos.. 6. Liberadores de sistemas antimicrobianos Son sistemas capaces de liberar sustancias que actúan sobre los microorganismos indeseables en los alimentos envasados. Entre los compuestos liberados con acción antimicrobiana tenemos: CO 2, etanol, dióxido de azufre, dióxido de cloro, aceites esenciales, plata, compuestos quelantes (EDTA), y compuestos bioactivos como ácidos orgánicos, enzimas (glucosa oxidasa, muramidasa), bacteriocinas, etc. Hay diferentes formas de presentación tales como sobres, películas plásticas antimicrobianas, películas antimicrobianas comestibles, etc (Coma, 2006). 6- Otros sistemas activos El interés que existe por los sistemas de envasado activo hace que se investiguen continuamente nuevos métodos como por ejemplo la incorporación de anticuerpos en las películas que permiten detectar patógenos. SISTEMAS INTELIGENTES El objetivo del envasado inteligente es controlar la seguridad y calidad de los alimentos. Estos sistemas monitorizan los mecanismos de alteración del alimento que son debidos a procesos fisiológicos (p. ej., respiración de frutas), químicos (p. ej., oxidación de lípidos) o biológicos (bacterias, mohos, levaduras y parásitos) y, que a su vez, están relacionados con cambios de ph, a w, concentración de gases, temperatura, etc. Los sistemas inteligentes se basan en el seguimiento de estos cambios para informar al consumidor sobre el estado del producto. Este tipo de envasado es beneficioso no sólo para el consumidor sino también para la industria ya que proporciona a los productos un valor añadido permitiendo monitorizar la calidad de los alimentos, mejorar la gestión de la cadena de producción o conseguir un eficaz sistema anti-fraude/anti-pirateo. Aunque existen muchos tipos de sistemas inteligentes sólo unos pocos se encuentran en el mercado. Entre estos últimos tenemos: indicadores tiempo-temperatura, indicadores de fuga (Leak-indicators-LI), indicadores de grado de frescura o indicadores de autenticidad del envase. 1. Indicadores tiempo-temperatura Un indicador tiempo-temperatura es un dispositivo pequeño, simple y barato que muestra una dependencia tiempo-temperatura fácilmente mensurable, correlacionando un cambio irreversible en el dispositivo con un cambio de calidad de un producto asociado a la temperatura. Se trata de etiquetas adheridas al envase que monitorizan el factor temperatura integrado con el tiempo, indicando el efecto acumulativo sobre la vida útil del alimento. Los indicadores disponibles en el mercado son de tres tipos: Indicadores de temperatura crítica (CTI) dan respuesta sólo si una temperatura de referencia a la cual fueron programados es sobrepasada en algún punto de la cadena de distribución 8

9 Indicadores tiempo-temperatura crítica (CTTI) que muestran una respuesta mediante un cambio de color que refleja el efecto tiempo-temperatura acumulado sobre una temperatura crítica Indicadores o integrados tiempo-temperatura (TTI) miden tanto la temperatura como el tiempo y los integran en un solo resultado visual 2. Indicadores de fuga (LI-Leak indicators) Aportan información sobre la composición del espacio de cabeza (O 2 y CO 2 ) y la integridad del envase. Pueden utilizarse como indicadores de fugas o para verificar la eficiencia de, por ejemplo, un absorbedor de oxígeno. Muchos de estos indicadores cambian de color como resultado de una reacción química o enzimática. El tinte mas utilizado para indicadores de fuga es el azul de metileno, cuyo cambio de color está basado en una reacción de oxidación-reducción. Son muy útiles para los productos envasados en atmósfera protectora ya que permiten detectar perforaciones y fallos en el sellado del envase. Los más utilizados son los indicadores de oxígeno y de dióxido de carbono. 3. Indicadores de frescura Estos sistemas están basados en mecanismos que indican el deterioro o la falta de frescura del producto. Están basados en la detección de metabolitos volátiles producidos durante la alteración de alimentos; por ejemplo; dióxido de carbono, aminas (del pescado), amoniaco y sulfuro de hidrógeno. 4. Otros sistemas inteligentes Otros sistemas menos usuales son los indicadores de color, de golpes, de autenticidad o de microorganismos, que se activan cuando la concentración de patógenos supera un nivel que supone un riesgo sanitario. Recientemente se han diseñado envases inteligentes que incorporan en las películas anticuerpos, por ejemplo unidos a nanopartículas con propiedades luminiscentes, que al ponerse en contacto con el patógeno correspondiente presente en la superficie de la carne genera una señal visual que alerta al consumidor. Los dispositivos de etiquetado y envasado inteligente también están siendo utilizados por las empresas con objetivos diferentes a los de garantizar la seguridad y calidad de los alimentos, como es el caso de la fidelización de marcas. Para conseguir este objetivo se pueden utilizar diferentes estrategias como es el empleo de etiquetas RFID (Radio Frecuency Identification) que permite la comunicación automática de la información. MICROBIOLOGÍA DE LOS PRODUCTOS ENVASADOS EN AM EFECTO DEL ENVASADO EN AM SOBRE LA FLORA ALTERANTE La principal causa de alteración de muchos grupos de alimentos es el crecimiento de microorganismos lo que se manifiesta en cambios sensoriales indeseables del color, textura, sabor y olor. Las concentraciones de dióxido de carbono superiores al 5%, inhiben el crecimiento de la mayor parte de las bacterias que provocan alteraciones, especialmente ciertas especies de bacterias Gram-negativas, aerobias y psicrotrofas pertenecientes a los géneros Pseudomonas, Psychrobacter, Acinetobater, Moraxella, etc., principalmente Pseudomonas, que se multiplican activamente en una amplia gama de alimentos proteicos mantenidos a refrigeración. Algunos géneros Gram-positivos como Micrococcus y Bacillus son asimismo sensibles al CO 2. 9

10 La mayoría de los mohos que deterioran los alimentos presentan una completa dependencia del oxígeno y se muestran sensibles a niveles elevados de CO 2. Sin embargo, muchas levaduras son capaces de crecer en ausencia de oxígeno, siendo la mayoría relativamente resistentes al CO 2. Para ilustrar el efecto sobre la flora alterante del envasado en AM, nos referiremos a la carne fresca. Cuando ésta se almacena en condiciones aeróbicas, se altera básicamente por la acción de cuatro especies de Pseudomonas: P. fragi, P. lundensis, P. fluorescens y P. putida que, en el momento de la alteración pueden constituir hasta el 90% de la flora y siempre más del 50%. Algunas enterobacterias, B. thermosphacta, Psychrobacter, Acinetobacter y Moraxella, pueden, asimismo, participar. En carne envasada a vacío, la flora dominante está constituida por BAL. Entre estas destacan: Lactobacillus.-Especies y cepas homofermentativas. L. sake, L. curvatus, L. bavaricus y Lactobacillus spp. Carnobacterium.- C. piscicola y C. divergens. Leuconostoc.- L. mesenteroides subsp. mesenteroides, L. carnosum y L. divergens. Lactococcus.- L. raffinolyticus. También pueden multiplicarse Brochothix thermosphacta y enterobacterias que se encuentran, sobre todo, en carne de cerdo y ovino. Las enterobacterias son importantes en carne de vacuno cuando tienen una contaminación inicial elevada. Se ha descrito el papel alterante de cepas de clostridios psicrotrofos, como C. laramie, que producen grandes cantidades de O 2 y CO 2. La alteración por clostridios no es frecuente y se desconocen las razones por las que se produce en carne de ph normal con un número alto de BAL y almacenada a temperaturas correctas. Si el ph es mayor de 6, las enterobacterias y Shewanella putrefaciens pueden desempeñar un papel destacado asociado a la producción de SH 2. B. thermosphacta y Aeromonas spp. pueden, asimismo, participar. En carne envasada en atmósfera modificada y mantenida a menos de 2 ºC dominan las BAL, siendo notable la participación de Leuconostoc. B. thermosphacta es otro alterante importante. Ambos son los principales responsables de la producción de compuestos como ácidos orgánicos, acetoína, diacetilo, putrescina y cadaverina que se asocian con la alteración. Con este tipo de envasado y mantenida la carne a 5 ºC tienen un papel destacado Pseudomonas y Enterobacteriaceae. A temperaturas superiores (7 ºC) se multiplica Aeromonas spp. que pueden ser relativamente importantes durante el almacenamiento prolongado. PELIGROS BIOLÓGICOS EN ALIMENTOS ENVASADOS EN AM El comportamiento de las bacterias patógenas en los alimentos depende de una serie de parámetros interrelacionados, destacando entre ellos: la temperatura de almacenamiento, la composición de gases en la atmósfera y la flora competitiva (Farber, 1991; Samelis et al., 2001). En relación con la temperatura, parece evidente que el frío impedirá el crecimiento de las bacterias mesófilas. Sin embargo, tanto durante el almacenamiento como durante la distribución y venta existen oportunidades para su multiplicación cuando se rompe la cadena del frío. Estas fluctuaciones afectarán también al comportamiento de las bacterias psicrotrofas tanto patógenas como alterantes. Cuando se trata de productos mantenidos en atmósferas reducidas, una preocupación adicional es el efecto que sobre los patógenos 10

11 pueden ejercer el prolongado almacenamiento y la flora (número y tipo) que se desarrolla en el producto (Tamplin, 2002). Desde el punto de vista de la salud pública, preocupa el comportamiento de las bacterias patógenas capaces de multiplicarse en condiciones reducidas de oxígeno. En alimentos envasados en AM son especialmente importantes las bacterias psicrotrofas anaerobias y anaerobio-facultativas entre las que destacan Clostridium botulinum tipo E y cepas no-proteolíticas de los tipos B y F, Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica así como Aeromonas hydrophila y otras aeromonas móviles que se pueden multiplicar a temperaturas inferiores a 5 ºC. Hay que señalar, además, que bacterias mesófilas como Salmonella, Shigella, Escherichia coli verotoxigénico y otros grupos de E. coli patógenos, tipos proteolíticos de C. botulinum, Clostridium perfringens, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, etc. pueden multiplicarse en AM si fluctúa la temperatura. Este hecho no es infrecuente, especialmente en los expositores y en los frigoríficos domésticos e incluso cuando se controla adecuadamente la temperatura porque se producen aumentos cíclicos de la misma durante el desescarche. En general, la acción inhibidora del CO 2 varía según el microorganismo. Las bacterias aerobias no se multiplican cuando la concentración en la atmósfera es del orden del 10-20% mientras que el crecimiento de la flora anaerobia y anaerobio facultativa puede verse inhibido, enlentecido o potenciado. Entre las bacterias patógenas, algunas como C. perfringens, C. botulinum y L. monocytogenes prácticamente no se ven afectadas cuando la concentración de CO 2 no supera el 50%. Esto es importante porque al aumentar la vida útil pueden multiplicarse hasta niveles peligrosos antes de que los microorganismos alterantes hayan alcanzado valores asociados con la alteración y, por tanto, un alimento aparentemente fresco puede resultar peligroso. Preocupa, asimismo, el lento crecimiento de la flora alterante y el que ésta no está dominada por Pseudomonas spp. que, en condiciones de aerobiosis, son potentes competidores aunque las BAL son capaces de producir compuestos antimicrobianos. El efecto de la interacción entre la flora residente o alterante y las bacterias patógenas necesita ser más estudiado. Es evidente que el aspecto más crítico es determinar y controlar la temperatura y el tipo y la concentración de gases que garantizan la seguridad de los diferentes grupos de alimentos envasados en AM. Un envasado seguro depende también de otros factores como son: ph, a w, adición de conservadores, etc. La modificación de estos factores puede utilizarse como barrera para prevenir el crecimiento de patógenos. El mayor riesgo asociado al consumo de alimentos envasados en AM es la presencia de toxinas botulínicas. Existe un considerable número de publicaciones en las que se da cuenta de los resultados obtenidos al investigar el efecto de las condiciones reducidas de oxígeno sobre el crecimiento de C. botulinum (también algunas sobre el de C. perfringens ) en los alimentos. De ellas puede concluirse que ambas especies no se ven significativamente afectadas por el CO 2 y que pueden multiplicarse en alimentos envasados en AM aunque el factor determinante es la temperatura de almacenamiento, especialmente crítica en C. botulinum tipo E en productos de la pesca (especialmente los ahumados) ya que éste puede crecer y producir toxina a una temperatura tan baja como 3,3 ºC. Cepas no proteolíticas de los tipos B y F son también psicrotrofas, siendo capaces los tres tipos de producir toxina en productos envasados en AM a diferentes temperaturas y muchas veces antes de que aparezcan signos evidentes de alteración. Para las bacterias patógenas psicrotrofas y anaerobio-facultativas, la mayoría de los datos disponibles indican que el riesgo en alimentos envasados o almacenados en AM no 11

12 sólo no es mayor que en alimentos mantenidos en aerobiosis sino que con frecuencia es menor. Para las tres especies, el envasado a vacío parece ser el menos restrictivo y, en otros tipos de envasado, la acción inhibidora depende de la concentración de CO 2 y de la temperatura y, en ocasiones, también es significativo el nivel de la flora acompañante. Los estudios que investigan el comportamiento de L. monocytogenes en condiciones reducidas de oxígeno ponen de manifiesto que la composición de la atmósfera no tiene gran efecto en el crecimiento de L. monocytogenes ya que se han observado tiempos de generación similares en condiciones aeróbicas, anaeróbicas y de microaerofilia. Para que el CO 2 sea eficaz deben de utilizarse concentraciones altas y bajas temperaturas. En productos vegetales, como lechuga y espárragos, envasados o almacenados en atmósfera controlada en condiciones comerciales (<10% de CO 2 o 97% de N 2 ), esta bacteria puede multiplicarse, comportándose, a veces, como en aerobiosis. En alimentos proteicos, los datos muestran diferencias pero, en general, pueden multiplicarse después de una fase de latencia más prolongada que en aerobiosis, creciendo mejor cuando la temperatura es superior a 5 ºC. La presencia de oxígeno en la atmósfera parece poseer también un efecto favorable. En varios trabajos se ha demostrado que Y. enterocolitica es capaz de multiplicarse a temperaturas muy bajas (en torno a 0 ºC) en carne envasada a vacío. Concentraciones bajas de CO 2 (10%) parecen tener un efecto estimulante pero concentraciones superiores tienen un marcado efecto inhibidor que es más importante cuanto menor es la temperatura. En algunos productos, niveles iniciales elevados de flora acompañante muestran también un notable efecto inhibidor. Como para las dos bacterias anteriores, no es fácil concluir y resumir el comportamiento de A. hydrophila en alimentos envasados en AM. En carne y productos de la pesca frescos y refrigerados, se ha observado que pueden multiplicarse activamente en atmósferas de N 2 y a vacío y, en vegetales, puede hacerlo también en atmósferas controladas. Es sensible al CO 2 pero la tasa de crecimiento en alimentos envasados en presencia de este gas depende de la temperatura y del sustrato, pudiendo, en ocasiones, alcanzar niveles importantes; por ejemplo en surimi. BIBLIOGRAFÍA Anon Reglamento (CE) n 1935/2004 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 27 de octubre de 2004, sobre los materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos y por el que se derogan las Directivas 80/590/CEE y 89/109/CEE. DO L 338 de , p Appendini, P. and Hotchkiss, J.H Review of antimicrobial food packaging. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 3: Barrera, O., Rodríguez-Calleja, J.M., Santos, J.A., Otero A. & García López, M.L Effect of different storage conditions on Escherichia coli O157:H7 and the indigenous bacterial microflora on lamb meat. International Journal of Food Microbiology. 115: Coma, V Perspective for the active packaging of meat products. En Advanced Technologies For Meat Products (Nollet, L.M. & Toldrá, F. eds.). pp CRC press, Taylor & Francis Group. Boca Raton. FL. USA. Eilert, S.J New packaging technologies for the 21st century, Meat Science 71:

13 Farber, J. M Microbiological aspects of modified-atmosphere packaging technology - a review. Journal of Food Protection. 54(1): García Iglesias, E., Gago Cabezas, L. & Fernández Nuevo, J. L Tecnologías de envasado en atmósferas protectoras. Disponible en ICMSF Microorganisms in foods 5. Blackie Academic & Professional-London Kerry, J.P., O Grady M.N. & Hogan S.A Past, current and potential utilisation of active and intelligent packaging systems for meat and muscle-based products: A review, Meat Science, 74: Samelis, J., Kakouri, A. & Rementzis, J Selective effect of the product type and the packaging conditions on the species of lactic acid bacteria dominating the spoilage microbial association of cooked meats at 4 C. Food Microbiology, 17(3) Tamplin, M. L Growth of Escherichia coli O157:H7 in raw ground beef stored at 10 C and the influence of competitive bacterial flora, strain variation, and fat level. Journal of Food Protection. 65(10): ALGUNOS ASPECTOS LEGALES Los sistemas de envasado inteligentes están regulados por el Reglamento (CE) Nº 1935/2004 del Parlamento Europeo y del Consejo de 27 de octubre de 2004, sobre los materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos. En dicho Reglamento, aparecen una serie de requisitos especiales para los materiales y objetos activos e inteligentes: Los materiales y objetos activos no ocasionaran modificaciones de la composición ni de las características organolépticas de los alimentos, por ejemplo enmascarando su deterioro, que puedan inducir a error a los consumidores. Los materiales y objetos inteligentes no darán información sobre el estado de los alimentos que pueda inducir a error a los consumidores. Los materiales y objetos activos e inteligentes que estén ya en contacto con alimentos deberán llevar el etiquetado adecuado que permita al consumidor identificar las partes no comestibles. Los materiales y objetos activos e inteligentes estarán convenientemente etiquetados para indicar que dichos materiales y objetos son activos o inteligentes, o ambas cosas. RESUMEN El almacenamiento y envasado de alimentos en atmósfera modificada ha recibido considerable atención por parte de los científicos y de la industria. Su principal aplicación es incrementar la vida útil de los alimentos generalmente por inhibición de la flora aerobia alterante. Una durabilidad prolongada depende de que los alimentos sean de buena calidad microbiológica, se elijan correctamente los materiales de envasado y la atmósfera y se controle la temperatura de almacenamiento. El control de otros factores como el oxígeno residual en el envasado a vacío y las fugas se puede conseguir utilizando sistemas activos (absorbedores de oxígeno) o inteligentes (indicadores de fugas). La mayor preocupación 13

14 sanitaria son los posibles riesgos asociados a bacterias patógenas que se multiplican en condiciones reducidas a bajas temperaturas (psicrotrofos) o cuando se producen fallos en la cadena del frío (mesófilos). El riesgo principal es la presencia de toxinas botulínicas producidas por Clostridium botulinum tipo E y cepas no proteolíticas de los tipos B y F que pueden crecer a 3,3 ºC. Para Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolitica y Aeromonas hydrophila, la mayoría de los datos disponibles indican que el riesgo no es mayor que en alimentos mantenidos en aerobiosis y, con frecuencia, menor. Para minimizar el riesgo relacionado con bacterias patógenas psicrotrofas y mesófilas, es crítica la temperatura y el tipo y la concentración de gases. El efecto del CO 2 es mayor cuanto menor sea la temperatura. Aproximaciones recientes son el diseño de envases activos liberadores de compuestos antimicrobianos y envases inteligentes que generan una señal visual que alerta al consumidor. Curriculum vitae María Luisa García López es Doctora en Veterinaria y Catedrática de Universidad del área de conocimiento Nutrición Bromatología. Está adscrita al Departamento de Higiene y Tecnología de los Alimentos de la Universidad de León (ULE) y es profesora responsable de dos asignaturas troncales que se imparten en las titulaciones Licenciado en Veterinaria e Ingeniero Agrónomo. Es IR del grupo de investigación en Microbiología de los Alimentos y Seguridad Alimentaria de la ULE que ha llevado a cabo un número considerable de proyectos de investigación cuyos resultados han dado lugar a más de un centenar de artículos en revistas recogidas en el JCR así como a capítulos de libro. El campo de trabajo del grupo es principalmente la caracterización y control de microorganismos patógenos y alterantes en alimentos de origen animal. 14

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