¿Por qué el agua activada por plasma resulta interesante en la producción de germinados?

El agua activada por plasma (PAW, Plasma-Activated Water), agua tratada con plasma atmosférico no térmico, exhibe propiedades antimicrobianas con un mínimo impacto en las características de los alimentos, lo que le convierte en una alternativa ecológica, segura y eficaz a los métodos tradicionales de descontaminación utilizados en los campos alimentario y agrícola. El objetivo de este artículo es presentar una descripción general de los estudios recientes sobre el potencial que presenta el PAW en la producción de germinados, especialmente en la efectividad que muestra en mejorar la calidad microbiológica de estos productos, cuyo consumo ha aumentado considerablemente y, con ello, su implicación en brotes de toxiinfecciones alimentarias.

Los germinados de semillas, también denominados brotes, son, en la actualidad, alimentos de gran relevancia y destacado interés, aunque han formado parte de la dieta habitual desde tiempos inmemorables en diversos países del Extremo Oriente. A pesar de que se considera que los germinados se introdujeron en los países occidentales en el siglo XVIII, ha sido en estos últimos años cuando la demanda de estos productos en el mercado europeo ha aumentado considerablemente debido, entre otras causas, a que su consumo se ha relacionado con una reducción en el riesgo de sufrir cáncer y enfermedades cardiovasculares por su riqueza en diversos compuestos bioactivos (Benincasa et al., 2019; Mendoza-Sánchez et al., 2019). Durante el proceso de germinación de las semillas se produce una serie de transformaciones bioquímicas, que conducen a una mejora de su valor nutritivo, al aumentar su digestibilidad y disminuir los niveles de factores antinutricionales, como el ácido fítico, incrementándose, asimismo, el contenido en compuestos con capacidad antioxidante, incluyendo vitamina C y polifenoles. Por ejemplo, se ha descrito que durante la germinación de ‘moth bean’ (Vigna aconitifolia) y ‘mung bean’ (Vigna radiata) se incrementó en un 28% el contenido de polifenoles (Kestwal et al., 2012) y en 3 veces el de la vitamina C (Rico et al., 2020), respectivamente.

A pesar de los beneficios del consumo de este tipo de productos, la germinación es un proceso lento que requiere exponer las semillas durante un tiempo prolongado, de hasta 5 días, a temperaturas templadas (20-25 °C) en un ambiente de elevada humedad, lo que proporciona condiciones adecuadas para el crecimiento de los microorganismos. En ese sentido, las semillas suelen presentar una elevada contaminación microbiana, que oscila entre 10³ y 10⁶ ufc/g (Trzaskowska et al., 2018) y estos niveles aumentan durante la germinación, llegando a alcanzar poblaciones tan altas como 108-1011 ufc/g (de León de Lama et al., 2020). Estos elevados recuentos microbianos son la razón principal de la vida útil tan corta que presentan los brotes, de 3 a 10 días en refrigeración, y de que estén implicados, con relativa frecuencia, en casos de toxiinfecciones alimentarias, dado que la mayoría de estos alimentos se consumen sin ningún tipo de preparación culinaria que permita inactivar los microorganismos patógenos asociados a las semillas como Salmonella spp., Escherichia coli O157:H7 y Listeria monocytogenes (Gensheimer y Gubernot, 2016). De hecho, estos productos han sido los protagonistas de uno de los brotes alimentarios con mayor repercusión a nivel europeo, como el originado por una cepa de E. coli O140:H4 productora de la toxina Shiga, ocurrido en 2011 en Alemania, con unas 4.000 personas afectadas y varias decenas de muertes, lo que causó una gran alerta sanitaria (Frank et al., 2011). En Estados Unidos, los germinados estuvieron involucrados, entre 2010 y 2017, en el 27,6% de los brotes de toxiinfecciones alimentarias asociadas al consumo de productos vegetales contaminados (Carstens et al., 2019).

En la actualidad, el cloro, en forma de hipoclorito sódico, es el desinfectante más ampliamente utilizado en la descontaminación microbiana de los productos hortícolas. Se emplea a unas concentraciones de 50-200 ppm con un tiempo de contacto de 1-2 minutos. Aunque es un método de bajo coste, fácil de preparar, aplicar y monitorizar, resulta poco efectivo, muy corrosivo, irritante para el manipulador y nocivo para el medio ambiente. Otros inconvenientes que presenta el cloro son su rápida degradación en contacto con materia orgánica y la formación de diversos compuestos, incluyendo trihalometanos, cloraminas, halocetonas, cloropicrinas o ácidos haloacéticos, que resultan nocivos para la salud humana debido a su potencial mutagénico y cancerígeno (Liang et al., 2019), lo que ha conducido a que su uso esté prohibido en algunos países, como Alemania, Holanda y Bélgica. Por ello, se requieren tratamientos de descontaminación alternativos que resulten más efectivos en la inactivación de los microorganismos, más seguras para el consumidor y más respetuosas con el medio ambiente. En consecuencia, se han explorado varias estrategias para la descontaminación de los germinados como la utilización de agua caliente, agua electrolizada ácida y agua ozonizada, así como la aplicación de radiaciones gamma (Saroj et al., 2006; Phua et al., 2014; Nagar et al., 2016). Aunque estos métodos han resultado relativamente eficaces en mejorar la calidad microbiológica de estos productos, su aplicación a nivel industrial se ha visto limitada por los inconvenientes que presentan, como los efectos adversos inducidos en los atributos de calidad de los germinados, el requerimiento de una fuerte inversión económica de equipamiento, la necesidad de personal especializado y/o la reticencia del consumidor frente a alguno de estos enfoques. Sin embargo, el agua activada por plasma (PAW, Plasma-Activated Water) podría mostrarse como una estrategia alternativa al hipoclorito sódico en la descontaminación de los germinados.

El plasma es el cuarto estado de la materia y se obtiene tras la aplicación de suficiente energía a un gas, generalmente en forma de descarga eléctrica, lo que provoca fenómenos de ionización, disociación y excitación de sus átomos y moléculas, con formación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y de nitrógeno (RNS) (Oliveira et al., 2022). El tratamiento de agua con plasma genera PAW, que se caracteriza, además de por presentar un bajo valor de pH, próximo a 3, por contener distintas especies químicas reactivas, considerándose que resultan clave en su actividad antimicrobiana (Figura 1).

Existen numerosos estudios en los que se ha demostrado la efectividad del PAW frente a una gran variedad de microorganismos, tanto alterantes como patógenos, en diversos productos vegetales sin afectar sus características organolépticas y valor nutritivo (Oliveira et al., 2022). Aunque es más escasa la información sobre su eficacia en la descontaminación de germinados, los resultados existentes son prometedores. Así, Schnabel et al. (2015) comprobaron que la inmersión de germinados de ‘mung bean’ durante 5 minutos en un agua previamente activada durante un tiempo tan corto como 50 segundos lograba reducir la población de E. coli, Pseudomonas marginalis, Pseudomonas fluorescens, Listeria innocua y Pectobacterium carotovorum entre 2,5 y 3,5 unidades logarítmicas, no detectando efectos adversos en la apariencia de los productos tratados. Posteriormente, Xiang et al. (2019) observaron que la exposición, durante 30 minutos, de esta variedad de germinados a la acción del PAW, generado tras el tratamiento del agua destilada con un plasma de aire durante 10 minutos, lograba tasas de inactivación de 2,3 y 2,8 ciclos logarítmicos para la población de bacterias aerobias totales y la de mohos y levaduras, respectivamente, sin afectar las características sensoriales y el contenido en polifenoles y flavonoides del producto. Recientemente, otros autores han puesto de manifiesto, asimismo, la capacidad del PAW para mejorar la calidad microbiológica de los germinados de otras semillas. Rivero et al. (2022) encontraron que el lavado de los germinados de alfalfa (Medicago sativa), trébol (Brassica oleracea) y brócoli (Trifolium pratense) durante 5 minutos en un PAW, activado por un plasma de aire durante 15 minutos, reducía la carga microbiana naturalmente presente entre 0,8 (brócoli) y 2 (alfalfa) unidades logarítmicas y los recuentos de E. coli entre 1,4 (trébol) y 3,5 (alfalfa) ciclos logarítmicos, concluyendo que ciertas características superficiales de estos alimentos, incluyendo la rugosidad, hidrofobicidad y presencia de ceras cuticulares, son un factor muy importante a tener en cuenta a la hora de establecer tratamientos seguros y eficaces. Por su parte, Medvecká et al. (2022) evidenciaron que la exposición de los germinados de lenteja durante 30 minutos en un PAW, previamente obtenido tras 10 minutos de tratamiento con plasma, permitía alcanzar 4,3 reducciones logarítmicas de la población bacteriana.

Por último, cabe destacar que, además de su demostrada efectividad en la descontaminación de los germinados, el PAW presenta un gran potencial para su implementación en este sector industrial, ya que se ha comprobado que la irrigación de las semillas con PAW estimula tanto su germinación como su posterior crecimiento, lo que conduce a un acortamiento del proceso productivo. Así, Zhou et al. (2019) observaron que el empleo de PAW como agua de irrigación no sólo acortaba a la mitad el tiempo requerido de germinación de las semillas ‘mung bean’ (de 72 a 36 horas) sino que también incrementaba, en un 6%, el porcentaje final de germinación. En la misma línea, Zhang et al. (2017) pusieron de manifiesto que la sustitución del agua de la red de suministro por PAW en la obtención de germinados de lenteja permitía aumentar el porcentaje de semillas germinadas (30% vs 80%) y conseguir productos finales con un tallo más desarrollado.

Referencias bibliográficas

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