Nueva herramienta desarrollada por el IRTA

En los últimos años, la industria cárnica ha implementado diversas estrategias para crear productos más saludables y satisfacer las demandas del mercado. Estas estrategias se centran en la reformulación de productos, reduciendo o eliminando ciertos componentes e incorporando otros que mejoren el perfil nutricional. Sin embargo, la implementación de dichas estrategias debe realizarse sin comprometer la calidad y la seguridad microbiológica.

Tradicionalmente, el jamón curado se considera un producto autoestable de bajo riesgo debido al uso de cloruro de sodio (sal) y nitrificantes (nitrato y nitrito) y la importante reducción de la actividad de agua gracias al secado, que inhiben el crecimiento de patógenos y contribuye a su inactivación (Merialdi et al. 2016). En el caso del jamón curado, las tendencias actuales apuntan a productos con menor contenido de sal y sin nitrificantes. Sin embargo, la sal y los nitritos son cruciales para controlar microorganismos patógenos como Clostridium botulinum durante la elaboración y conservación de productos cárnicos curados. C. botulinum es un bacilo Gram positivo, anaerobio y formador de endoesporas, resistentes a condiciones extremas. Este microorganismo es responsable del botulismo, una enfermedad neuroparalítica grave causada por la ingestión de alimentos contaminados con neurotoxinas. Las toxinas de C. botulinum son extremadamente potentes, con una dosis letal para adultos de aproximadamente 1 ng/kg de peso corporal (Arritt et al., 2007), por lo que la presencia de estas neurotoxinas en alimentos en cantidades muy bajas ya puede desencadenar la enfermedad. La reducción de sal y la eliminación de nitritos en la elaboración de jamón curado, por lo tanto, pueden constituir un riesgo, ya que la inhibición del crecimiento de C. botulinum no está asegurada, sino que dependerá de la combinación de múltiples factores como son el pH, la a_w y la temperatura de procesamiento o conservación. Por lo tanto, el potencial de crecimiento de C. botulinum debería ser evaluada caso por caso, teniendo en cuenta el proceso de fabricación, la matriz alimentaria y las condiciones de procesado (Lebrun et al., 2020).

En este contexto, la microbiología predictiva puede ser una herramienta para evaluar el riesgo frente a determinados microorganismos patógenos sin necesidad de pruebas analíticas directas o ensayos de inoculación controlada. Se trata de modelos matemáticos que permiten cuantificar el comportamiento microbiano, e.g. de C. botulinum, en función de factores Intrínsecos (e.g. pH, a_w) e extrínsecos (e.g temperatura). La microbiología predictiva está reconocida por la legislación alimentaria vigente (Reglamento (CE) 2073/2005) y por organismos internacionales, como el Codex Alimentarius, y puede proporcionar evidencia científica sobre la seguridad del producto y/o proceso productivo (Bover-Cid y Garriga, 2012). En este sentido, la utilización de estos modelos predictivos permite investigar la seguridad del proceso de elaboración, evaluando la evolución de parámetros microbiológicos durante el secado y maduración del jamón curado. En el proyecto Safety.tool se han desarrollado modelos predictivos específicos en jamón curado, no existentes anteriormente, con lo que solo se podían usar los modelos genéricos (e.g. elaborados a partir de datos obtenidos en medios de laboratorio) que no consideran factores específicos de la matriz y que, generalmente, son excesivamente conservadores. Primero, a partir de los resultados obtenidos en pruebas preliminares, se definió el diseño experimental con relación a las condiciones a ensayar para desarrollar modelos predictivos específico para C. botulinum psicrótrofo (no proteolítico) y C. botulinum mesófilo (proteolítico) en productos cárnicos curados-madurados sin nitrificantes. Cada condición (combinación de temperatura, a_w y tipo de C. botulinum) se ensayó por triplicado o cuadruplicado, utilizando secciones de diferentes jamones obtenidos en diferentes etapas de elaboración. Para cada tipología de muestra se realizó un ensayo de inoculación controlada (‘challenge test’) bajo condiciones de biocontención en el laboratorio-planta piloto BSL2 del IRTA (Monells). En estos ensayos es especialmente relevante aplicar medidas específicas para evitar exponer al patógeno al oxígeno del aire, lo que podría conducir a la obtención de falsos negativos. Este tipo de ensayos también presenta retos importantes a nivel analítico para el recuento de los niveles de C. botulinum, especialmente C. botulinum no proteolítico, por lo que además del recuento en placa en medio específico, se utilizaron técnicas de biología molecular como la PCR a tiempo real para la detección y enumeración del patógeno.

Los resultados obtenidos se modelizaron aplicando una regresión logística para estimar la probabilidad de crecimiento en función de la temperatura, pH, a_w y recuento de bacterias del ácido láctico de la matriz utilizando el programa JMP v 16.0.0 (SAS Institute Inc.).

Sin embargo, para realizar una evaluación fiable del riesgo microbiológico asociado al producto y proceso productivo es necesario conocer las características del producto en relación al pH y a_w así como de su variación entre y dentro de un mismo lote de producción e incluso dentro de una misma pieza de jamón. Esto, en algunos casos, puede suponer no solo un coste elevado, sino también un desafío técnico, dado la dificultad de analizar de forma global la producción utilizando técnicas destructivas.

La tomografía computarizada (TC) es una tecnología no invasiva que permite caracterizar el interior de los jamones de manera no destructiva durante todo el proceso de elaboración (Figura 1). Los rayos X emitidos por la TC, pierden parte de su energía al atravesar los tejidos biológicos dependiendo de la densidad de cada uno de los tejidos (cantidad de grasa y magro) y del contenido de sal y agua del producto. Por tanto, gracias a las diferencias de densidad de los tejidos, la TC permite evaluar la composición del jamón, así como la difusión y distribución de sal y agua a lo largo de todo el proceso de elaboración.

En el proyecto Safety.tool se han desarrollado modelos predictivos que permiten determinar el contenido y distribución de sal y agua, así como la a_w en jamón curado a lo largo de todo el proceso de elaboración. Para ello se utilizó la unidad móvil de TC del IRTA. Se seleccionaron jamones en diferentes empresas, en diferentes momentos del proceso de producción y con diferente peso y nivel de contenido de grasa con el fin de obtener jamones con características muy diversas y con un abanico amplio de contenido de sal, humedad y a_w para el desarrollo de los modelos predictivos. Se escanearon los jamones en diferentes condiciones de adquisición para obtener el máximo de información, y se seleccionaron regiones de interés homogéneas en las que se determinaron analíticamente los parámetros de interés. Finalmente, los modelos predictivos se desarrollaron mediante una regresión lineal múltiple utilizando los valores de atenuación en diferentes condiciones de adquisición y las determinaciones analíticas de referencia con el programa XLSTAT, Versión 19.6 (2020) (Addinsoft, Francia).

Estos modelos predictivos permiten cuantificar estos parámetros y generar una imagen química (Figura 2), proporcionando información de la composición píxel a píxel del producto y, por lo tanto, una información complementaria de interés hasta ahora no disponible para hacer evaluaciones de la seguridad del producto. Concretamente, la a_w se puede predecir con un error del 0,005, siendo suficientemente preciso para su utilización en la evaluación de la seguridad alimentaria del proceso de elaboración del jamón curado.

Figura 2. Imagen química de a_w de una sección de jamón curado.

Esta información puede utilizarse como input de la microbiología predictiva para desarrollar nuevas herramientas que permitan evaluar la seguridad del producto sin necesidad de caracterizarlo analíticamente de forma destructiva y parcial, lo cual permite una evaluación de una parte representativa de la producción. Además, la TC permite conocer los parámetros en el global del jamón pudiendo determinar aquellas zonas críticas más susceptibles al crecimiento de patógenos. Este enfoque resulta especialmente relevante en productos como el jamón curado, donde existe una gran variabilidad en los valores de sal y a_w.

Así, para ayudar al sector a optimizar sus procesos de elaboración, se ha desarrollado una herramienta de evaluación no invasiva de la seguridad alimentaria basada en los modelos predictivos de caracterización mediante TC y los modelos de probabilidad de crecimiento de C. botulinum. Esta herramienta permite evaluar la seguridad del proceso de elaboración del jamón curado sin nitrificantes de manera no invasiva. Tal y como se muestra esquemáticamente en la Figura 2, esta evaluación consiste en tres fases principales:

• Fase 1: Caracterización no invasiva:

Utilizando la unidad móvil de TC, se determina la composición (en este caso, la a_w), píxel a píxel, de la zona de interés del jamón entero o de la sección escaneada. Esta información nos permite hacer evaluaciones más exhaustivas de la probabilidad de crecimiento de microorganismos patógenos que las hechas con muestreos destructivos (los muestreos destructivos sólo se pueden hacer de una parte pequeña y no siempre lo suficientemente representativa de la producción y/o del producto). Así, a partir de las imágenes químicas se determinan los parámetros umbral (a_w a diferentes percentiles de las distribuciones acumuladas) siguiendo criterios más o menos conservadores.

• Fase 2: Definición de los parámetros umbral:

Cada empresa define qué parámetro umbral quiere utilizar para evaluar la seguridad del proceso, asumiendo un papel más o menos conservador de caras en la gestión del riesgo.

• Fase 3: Evaluación del riesgo utilizando modelos de microbiología predictiva:

La probabilidad o riesgo de crecimiento se evalúa utilizando el modelo predictivo específico para el microorganismo que se quiere estudiar (C. botulinum no proteolítico o proteolítico en este caso). Dado que el pH es el parámetro menos relevante en el caso de jamón curado, se utiliza el valor de pH equivalente al valor más alto (peor de los casos) para realizar la evaluación. La temperatura utilizada depende de la etapa y del tipo de proceso que se evalúa en cada momento. La a_w utilizada es la determinada en la Fase 1 y 2 siguiendo criterios más o menos conservadores. El resultado obtenido es una probabilidad de crecimiento del microorganismo evaluado.

Figura 3. Representación gráfica del procedimiento de evaluación utilizando la herramienta no invasiva de evaluación de la seguridad del proceso de elaboración del jamón curado desarrollada en el proyecto Safety.tool.

¿Qué podemos hacer con esta herramienta? Aplicaciones en la industria del jamón

Esta herramienta innovadora, basada en la integración de la información obtenida de los modelos de caracterización fisicoquímica con TC y los modelos de microbiología predictiva, ofrece múltiples beneficios:

• Caracterización representativa de la Producción del Jamón Curado: la herramienta permite analizar una parte representativa de la producción del jamón curado en base a su actividad de agua (a_w). Esto proporciona una visión detallada de su distribución lo que es crucial para garantizar su calidad y seguridad.
• Evaluación Rápida y No Invasiva de la Seguridad del Proceso: se obtiene información sobre la seguridad del proceso de manera rápida y no invasiva. Esto es especialmente útil para identificar posibles riesgos microbiológicos sin necesidad de destruir muestras, lo que ahorra tiempo y recursos.
• Optimización de los Procesos de Salado, Post-Salado y Secado: gracias a la información obtenida es posible optimizar los procesos de salado, post-salado y secado, ajustando la duración y la temperatura de cada fase, mejorando la calidad del producto final y reduciendo el riesgo de crecimiento de patógenos.
• Identificación de Riesgos Microbiológicos: la herramienta permite identificar riesgos microbiológicos en diferentes etapas del proceso de producción. En caso de que se detecte un riesgo moderado (entre 10-70%) de crecimiento microbiano o un riesgo elevado (>70%), se recomienda complementar la evaluación de la seguridad con un ensayo de inoculación específico (challenge test). Esto ayuda a tomar medidas preventivas antes de que los problemas se conviertan en una amenaza para la seguridad alimentaria.

En resumen, la TC, combinada con modelos de microbiología predictiva, es una herramienta valiosa para la industria del jamón curado. No solo mejora la seguridad alimentaria, sino que también optimiza los procesos de producción y asegura un producto final de alta calidad.

Bibliografía

• Arritt FM, Eifert JD, Jahncke ML, Pierson MD & Williams RC (2007). Effects of modified atmosphere packaging on toxin production by Clostridium botulinum in raw aquacultured summer flounder fillets (Paralichthys dentatus). J Food Prot 70: 1159-1164.
• Bover-Cid, S. & Garriga, M. (2012). ¿Cómo abordar la gestión de la seguridad alimentaria a través de los estudios de vida útil de acuerdo con el Reglamento (CE) 2073/2005 de criterios microbiológicos?, Eurocarne, 211, pp. 66-75.
• Lebrun S, Van Nieuwenhuysen T, Crèvecoeur S, Vanleyssem R, Thimister J, Denayer S, Jeuge S, Daube G, Clinquart A, Fremaux B (2020). Influence of reduced levels or suppression of sodium nitrite on the outgrowth and toxinogenesis of psychrotrophic Clostridium botulinum Group II type B in cooked ham. Int J Food Microbiol. 334:108853.
• Merialdi G, Ramini M, Parolari G, Barbuti S, Frustoli MA, Taddei R, Pongolini S, Ardigò P, Cozzolino P (2016). Study on potential Clostridium botulinum Growth and toxin production in Parma ham. Ital J Food Saf. 5(2):5564.
• Reglamento (CE) nº 2073/2005 de la Comisión, de 15 de noviembre de 2005, relativo a los criterios microbiológicos aplicables a los productos. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A02005R2073-20200308