Tecnologías emergentes de procesado de alimentos: altas presiones hidrostáticas

Jesús García-Parra; Francisco González-Cebrino y Rosario RamírezCentro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura (CICYTEX) - Instituto Tecnológico Agroalimentario de Extremadura (INTAEX)23/05/2014

El método tradicionalmente más utilizado para la conservación de alimentos es el tratamiento térmico, una tecnología efectiva, económica y de fácil disponibilidad. A cambio, en muchos casos se producen pérdidas importantes en la calidad sensorial y nutricional de los alimentos. Su principal inconveniente radica en su inespecificidad; el calor, además de destruir microorganismos, afecta al valor nutritivo y a las propiedades sensoriales de los alimentos. Los nuevos hábitos de consumo llevan al consumidor a ser más exigente con la calidad de los productos que compra, planteándose adquirir productos lo más libre de aditivos posible y que presenten una mayor calidad nutritiva y sensorial.

Plato de V gama elaborado en Cicytex y tratado por altas presiones hidrostáticas.

Esta nueva tendencia del consumidor, influenciada principalmente por la poca disponibilidad de tiempo, es la desencadenante en los últimos años del desarrollo de procesos ‘no térmicos’ en la industria alimentaria como son el uso de ultrasonidos, pulsos eléctricos, irradiación y, por supuesto, las altas presiones hidrostáticas. Con estas tecnologías emergentes se pretende conseguir alimentos saludables, seguros, apetitosos y económicos.

El tratamiento de alimentos por altas presiones hidrostáticas (APH) es la tecnología de las denominadas emergentes, con mayor éxito a nivel industrial que ha conseguido llegar a los mercados con una amplia variedad de productos. El uso de esta tecnología se conoce también como ‘Pasteurización Fría’ gracias a que consigue inactivar microorganismos patógenos y alterantes de los alimentos mediante el uso de presión en lugar de calor, consiguiendo una reducción en el recuento de microorganismos similar a la pasteurización térmica tradicional. Su aplicación consiste en someter al alimento a elevados niveles de presión hidrostática (300-600 MPa) de forma continua durante tiempos relativamente cortos (de segundos a pocos minutos) en refrigeración o temperatura ambiente. El proceso es bastante simple (figura 1): el producto en su envase final se introduce en una vasija, se cierra y se llena con agua. Se bombea agua dentro de la vasija hasta conseguir una presión determinada en su interior, manteniéndose por un tiempo concreto. Posteriormente, la presión es liberada de forma casi instantánea.

El tratamiento por alta presión puede ser aplicado tanto a alimentos líquidos como a sólidos con altos contenidos de humedad

El efecto pasteurizador no térmico de los tratamientos por altas presiones en los alimentos es conocido desde el siglo XIX, pero no fue hasta los años 90 que se desarrollaron los primeros productos. A partir del año 2000, el desarrollo de la técnica ha permitido implementar esta tecnología de forma exitosa en todo tipo de industrias alimentarias alrededor del mundo. El efecto de las APH sobre los alimentos es casi instantáneo y uniforme, además de ser independiente de la forma y tamaño del producto. La elevada difusión de estos procesos se debe a la capacidad de inactivar ciertas enzimas y microorganismos, incluso aquellos patógenos de alto riesgo para los consumidores, constituyendo una garantía de seguridad. El procesado por APH altera de forma mínima las propiedades nutricionales, el color y sabor de los alimentos en comparación con el efecto que tienen las tecnologías térmicas, por lo que proporciona una manera de mantener la calidad y frescura de los alimentos sin necesidad de utilizar conservantes químicos o elevadas temperaturas. Se pueden obtener así productos de mayor calidad nutritiva y sensorial que mediante los tratamientos convencionales por temperatura al no afectar a la calidad nutricional de los alimentos, es decir, no afecta a los compuestos del alimento con carácter nutricional o funcional como pueden ser las vitaminas, polifenoles, minerales o compuestos responsables del aroma.

Figura 1: Esquema de la aplicación del tratamiento de altas presiones hidrostáticas. Fuente: www.hiperbaric.com/es/

El tratamiento por alta presión puede ser aplicado tanto a alimentos líquidos como a sólidos con altos contenidos de humedad, y por lo general, se aplican una vez envasado el alimento en su envase final, otra gran ventaja, pues de este modo, los alimentos pueden ser pasteurizados después de ser cortados o envasados, evitando así el riesgo de contaminación. Se emplean envases con cierta flexibilidad y elasticidad, como pueden ser los plásticos, para prevenir deformaciones irreversibles o roturas en el envase al recobrar el volumen inicial tras la compresión.

Aplicaciones comerciales del procesado mediante altas presiones hidrostáticas: cárnicos, bebidas, fruta, productos hortícolas, pescados y mariscos, y lácteos

Actualmente existen más de 200 equipos de alta presión por todo el mundo, de los cuales un 80% han sido adquiridos en los últimos 10 años. La mayor demanda de equipos para el procesado por altas presiones proviene de empresas dedicadas a la manufacturación de productos vegetales (29%) y empresas del sector cárnico (26%). También hay una creciente demanda de otros sectores tales como transformados de la pesca (pescado y mariscos) (13%), zumos y bebidas (14%) y otros productos tales como platos preparados, lácteos, etc. (18%).

Resulta necesario indicar que, si bien el coste de inversión es relativamente alto, la tecnología de las altas presiones hidrostáticas consume menos energía que otras tecnologías convencionales que aplican calor, por lo que, a corto plazo, los alimentos tratados por altas presiones resultan competitivos a nivel comercial.

En lo que se refiere a frutas y verduras, de entre los productos tratados mediante altas presiones que ya están en el mercado, destacan los purés, salsas, productos 'listos para consumir' (del inglés 'ready to eat') (guacamole, hummus, ensaladillas…). La principal ventaja es el importante aumento de la vida útil sin alterar de forma importante las propiedades sensoriales y nutricionales del producto fresco. Un claro ejemplo de éxito, son los productos a base de aguacate, como el guacamole: las altas presiones mantienen la frescura de la fruta, aumentando la vida útil comercial de este producto.

Actualmente existen más de 200 equipos de alta presión por todo el mundo, de los cuales un 80% han sido adquiridos en los últimos 10 años

La industria cárnica ha encontrado también gran aplicación en el empleo de las altas presiones. Jamón loncheado, embutidos, cortes de pollo o incluso piezas completas de jamón, son tan sólo algunos de los ejemplos de productos cárnicos procesados por alta presión que pueden encontrarse actualmente en el mercado. La empresa española Espuña fue la pionera en todo el mundo en la aplicación industrial de esta tecnología a los productos cárnicos con el lanzamiento de una gama de productos tales como jamón cocido, productos cárnicos curados y platos preparados. La importancia del procesado de alta presión en los productos cárnicos radica en que destruye microorganismos patógenos y evita la adición de aditivos como los conservantes. En países como EE UU y Canadá, la tecnología de las altas presiones en productos cárnicos se ha extendido rápidamente porque son las propias autoridades quienes aconsejan el uso de las altas presiones para reducir los riegos por Listeria monocytogenes.

En el caso de zumos y otras bebidas a base de fruta y/o hortalizas, el procesado mediante altas presiones mantiene las propiedades originales del producto sin necesidad de conservantes. Así, por ejemplo, en productos como los zumos, el gusto del consumidor se orienta hacia el aroma y sabor de un ‘zumo fresco recién exprimido’ y en este sentido, los componentes aromáticos naturales presentes en el zumo mejoran la apetencia del zumo así elaborado. Muchos de estos compuestos volátiles tras un proceso térmico convencional se pierden y/o transforman en otros de carácter no deseable, con la consecuente pérdida de calidad organoléptica. La aplicación de altas presiones sobre este tipo de productos es más respetuosa con estos compuestos. Existen estudios en los cuales los consumidores no distinguen entre, por ejemplo, un zumo recién exprimido de uno presurizado.

El empleo de las altas presiones también abre nuevas vías de mejora en el sector lácteo en aspectos como la seguridad (eliminar bacterias patógenas o competitivas), innovación y posibilidad de exportación de productos. El procesado de queso fresco por alta presión puede acelerar o frenar la maduración y la vida útil del producto de una forma importante. Cuando se trata de productos probióticos, la alta presión es capaz de mantener intactos los componentes funcionales y bioactivos (inmunoglobulinas, lactoferrinas, vitaminas).

También las empresas que se dedican a procesar pescados y mariscos han descubierto en esta técnica un importante aliado para comercializar y alargar la vida de los productos del mar ya que con las altas presiones se logran aplicaciones que no son posibles con otras tecnologías. Una de las principales aplicaciones en este campo es la apertura de moluscos. Con presiones de entre 200 y 350 MPa las proteínas del músculo responsable de mantener la concha cerrada de moluscos como ostras, mejillones o almejas se desnaturalizan, perdiendo su funcionalidad. De este modo se consigue una apertura sin esfuerzo mecánico, con lo que la carne se extrae fácilmente y con un rendimiento máximo. El procesado por alta presión, además, inactiva patógenos como Vibrio, permitiendo obtener un producto de alta calidad y máxima seguridad alimentaria. Otra aplicación interesante es la extracción de la carne de crustáceos (langostas, bogavantes, etc.). Cuando se les aplican altas presiones la carne se separa del caparazón sin necesidad de realizar una cocción previa. De este modo aparece en el mercado un nuevo producto de mayor valor añadido (carne sin caparazón que el consumidor puede cocinar por primera vez).

Otros fines interesantes de las altas presiones, distintos a la conservación, serían la obtención de distintos tipos de geles de pescado, carne, huevo o leche. Estos geles, por el efecto de la alta presión, suelen ser más elásticos y brillantes. Así mismo, esta tecnología acelera la difusión de solutos en diversos alimentos. La posibilidad de utilizar altas presiones para mantener alimentos a temperaturas inferiores a 0 °C en estado líquido o para inducir una congelación y descongelación ultrarrápida constituye un prometedor campo de estudio en la industria alimentaria.

Tecnología de altas presiones hidrostáticas (APH) en CICYTEX

El creciente interés de los consumidores por alimentos más parecidos a los naturales, de fácil consumo y que mantengan intactas sus cualidades sensoriales y nutritivas está impulsando la inversión tanto pública como privada en el campo de la tecnología de conservación de alimentos, favoreciendo el auge de tecnologías alternativas a los tratamientos térmicos convencionales. Para hacer frente a esta nueva demanda, en el Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura (CICYTEX) se ha hecho una gran inversión iniciando una línea de investigación de tratamiento de alimentos mediante altas presiones hidrostáticas con la adquisición en 2008 de un equipo industrial de Hiperbaric (Wave 6000/55) que aplica presiones de hasta 600 MPa (figura 2). Este equipo se complementa a la perfección con otro equipo multivasija de RESATO, adquirido en 2010, que aplica de forma combinada presión (hasta 1.000 MPa) y temperatura (máximo 120 °C). Esta dotación de equipos es única en toda la Península Ibérica.

Figura 2: Imagen de uno de los equipos de altas presiones de CICYTEX. Fuente: www.hiperbaric.com/es/

La tecnología de alta presión mantiene un crecimiento exponencial desde los años 90 y, hoy, es una tecnología que ya se encuentra en numerosas empresas del sector alimentario de todo el mundo y también en España. Con la puesta en marcha de esta tecnología, el CICYTEX tiene como uno de sus objetivos establecer vías de colaboración y transferir preferentemente al sector regional, pero también al nacional, el potencial de dicha tecnología.

En el CICYTEX se está investigando la aplicación de los tratamientos de altas presiones en múltiples productos (productos hortofrutícolas, lácteos y cárnicos), con el fin de conseguir la máxima calidad nutritiva y sensorial, así como mejorar la seguridad alimentaria de los productos tratados. El proyecto denominado ‘Estudio de la aplicación de Alta Presión Hidrostática sobre quesos ibéricos: torta del Casar y queso de Évora’ analiza la aplicación del tratamiento en quesos de leche cruda de oveja, como la Torta del Casar y el Queso de Évora como forma de mejorar la seguridad alimentaria, y además, aumentar la vida útil y/o mejorar las características organolépticas del producto durante su maduración.

Por otra parte, el proyecto que lleva por título ‘Efecto de la aplicación de altas presiones en el envasado a vacío de jamón ibérico loncheado’, trata de resolver la problemática de las exportaciones fuera de la Unión Europea donde algunos países tienen una legislación muy exigente respecto a los niveles de Listeria monocytogenes, haciéndose necesario introducir una tecnología adecuada que garantice la calidad higiénico-sanitaria y sensorial del jamón de cerdo Ibérico manteniendo los atributos de calidad que caracterizan a este producto.

Desde CICYTEX se ha patentado la formulación de una bebida funcional a base de fruta y nuez, utilizando la tecnología de APH para mantener intactas sus propiedades funcionales

Enmarcado en un proyecto INIA, se están estudiando los efectos que, tanto las APH como otras tecnologías emergentes como pueden ser los pulsos eléctricos de alta intensidad, tienen en purés de alto valor funcional. Concretamente en calabaza por su elevado contenido en pigmentos carotenoides, y en ciruela de piel y pulpa roja donde la presencia de antocianos dota a sus purés de un elevado contenido en antioxidantes.

Con el objetivo principal de elaborar platos preparados utilizando productos hortofrutícolas cultivados en Extremadura y estudiar su conservación mediante la aplicación de tecnologías novedosas de procesado de alimentos, como las APH, así como evaluar la vida útil, se ha llevado a cabo un proyecto denominado ‘Desarrollo de productos de V Gama mediante la aplicación de Altas Presiones Hidrostáticas’ (figura Portada). Los productos de V gama consisten en una mezcla de ingredientes cocinados, envasados en atmósfera inerte/vacío, listos para consumir tras un breve calentamiento y de vida relativamente corta conservados en refrigeración.

Por último, desde CICYTEX se ha patentado la formulación de una bebida funcional a base de fruta y nuez (figura 3), utilizando la tecnología de APH para mantener intactas sus propiedades funcionales. Además, en CICYTEX se está investigando la aplicación de las APH a la leche materna como medio de mantener su seguridad microbiológica y preservar al máximo sus propiedades nutricionales y biológicas.

Figura 3: Bebida de funcional a base de nueces y fruta elaborada en CICYTEX y tratada por APH.

Nuevos retos y futuro de las APH

Uno de los principales problemas a los que se enfrenta esta técnica es la de conseguir alimentos que puedan almacenarse a temperatura ambiente manteniendo la calidad organoléptica y seguridad alimentaria. La tecnología de altas presiones por sí sola no tiene capacidad de inactivación de esporas, por lo que se hace necesario ciertas condiciones adicionales al procesado, como son almacenamiento en refrigeración, una reducción de pH por debajo de 4,5 o una actividad de agua reducida para evitar la germinación de las esporas bacterianas. En este sentido ha surgido una nueva vía de investigación consistente en utilizar presión y temperatura combinadas para lograr el efecto esterilizador que únicamente con el aumento de presión no se logra alcanzar. La combinación sinérgica que se obtiene al aplicar de forma conjunta presión y temperatura, permite alcanzar la inactivación de esporas bacterianas a menor temperatura, menor tiempo o una combinación de ambos. De este modo se producen alimentos que no requieren almacenamiento refrigerado o aditivos que reduzcan su pH. Por ello, los efectos de degradación térmica en la calidad del alimento son menores a los observados en procesos térmicos convencionales. Las condiciones de trabajo abarcan hasta 1.000 MPa de presión y 120 °C de temperatura. La restricción principal viene marcada por el líquido de transmisión de presión, puesto que no puede utilizarse agua si se quieren alcanzar temperaturas de más de 100 °C o presiones superiores a 600 MPa, siendo los más utilizados una mezcla de agua y propilenglicol o aceites de semilla. Estos últimos tiene la ventaja de ser más baratos, pero sufren de una mayor degradación con los tratamientos.

Esta novedosa área de investigación presenta grandes expectativas de futuro aunque actualmente sólo existen prototipos a nivel industrial que apliquen de forma combinada tratamientos de alta presión y temperatura.