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El PAW permite mejorar la calidad microbiológica de los alimentos, tanto de origen vegetal como de origen animal, crudos y procesados

Aplicaciones del agua activada por plasma atmosférico no térmico en la industria cárnica

Mercedes López*, Paula Fernández-Gómez, Miguel Prieto, Avelino Álvarez-Ordóñez y Márcia Oliveira, Departamento de Higiene y Tecnología de los Alimentos (Universidad de León)

*Mercedes López: +34987291183, mmlopf@unileon.es

12/05/2021
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El agua activada por plasma (PAW) es el producto resultante de la reacción del plasma atmosférico no térmico con agua. Al contener una gran diversidad de especies químicas reactivas de oxígeno y de nitrógeno, el PAW presenta un gran potencial para su aplicación en la industria alimentaria para mejorar la calidad microbiológica de los alimentos, descontaminar superficies de contacto, conseguir los atributos característicos de los productos cárnicos curados sin la necesidad de adicionar nitritos, estimular la germinación de semillas, degradar pesticidas y modificar la estructura del almidón.
El plasma atmosférico no térmico (PANT) se genera, a temperatura ambiente y presión atmosférica, mediante la aplicación de una descarga eléctrica a un gas, lo que provoca fenómenos de ionización, disociación y excitación de sus átomos y moléculas. En consecuencia, el PANT está constituido por electrones e iones positivos y negativos, radicales libres, átomos y moléculas en estado o no de excitación, y fotones ultravioleta, estando presentes especies reactivas de oxígeno (ROS) y de nitrógeno (RNS), tales como ozono, superóxido, peróxido de hidrógeno, radicales hidroxilo y peroxilo, oxígeno singlete, oxígeno atómico, óxido nítrico o dióxido de nitrógeno, que, al interaccionar con los microorganismos, provocan su inactivación. En comparación con otras tecnologías no térmicas de inactivación microbiana, el PANT presenta una serie de ventajas muy importantes, como son, el bajo coste de aplicación, el empleo de tiempos cortos de tratamiento, la posibilidad de tratar una amplia variedad de alimentos, incluso previamente envasados, y el ser una técnica medioambientalmente sostenible. Por todo ello, se considera como una tecnología sumamente prometedora para mejorar la calidad microbiológica de los alimentos y descontaminar el material de envasado y las superficies de contacto (López y col., 2019).
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Por otra parte, se ha observado recientemente que la exposición directa del agua a la acción del PANT conduce a la obtención de un agua conocida como “agua activada por plasma” (PAW, Plasma-Activated Water), con nuevas propiedades, que persisten durante largos periodos de tiempo, incluso de un mes. Esto es debido a la capacidad que presentan las especies químicas generadas en el PANT de difundir y de interaccionar entre sí o con el agua, dando lugar a la formación de nuevas especies químicas (Figura 1). La presencia de ROS y RNS, incluyendo radicales hidroxilo, oxígeno singlete, anión superóxido, peróxido de hidrógeno, así como óxido nítrico y sus derivados formados con agua, tales como nitratos, nitritos y peroxinitritos, se ha puesto de manifiesto en diversos estudios (Choi y col., 2019; Khan y kim, 2019; Xiang y col., 2019; Zhao y col., 2019, 2020). Además, el tratamiento de agua y otras soluciones acuosas por PANT induce un aumento en su conductividad eléctrica y potencial de óxido-reducción y una reducción en su valor de pH, hasta valores próximos a 3 (Ma y col., 2015, 2016; Joshi y col., 2018; Xiang y col., 2020; Zhao y col., 2019, 2020; Machado-Moreira y col., 2021). Este interesante fenómeno supone un enfoque completamente novedoso en la aplicación del PANT, que consistiría en “activar” primero el agua y posteriormente utilizarla para el tratamiento o procesado de los alimentos. Es de destacar que el PAW proporciona una serie de ventajas adicionales frente al tratamiento directo con PANT, como son la facilidad de generación y aplicación, así como su capacidad para ser almacenada, lo que ha conducido a que diversos grupos de investigación estén explorando sus aplicaciones en la industria alimentaria. En este sentido, se ha demostrado que el PAW presenta un gran potencial como estrategia para mejorar la calidad microbiológica de los alimentos, descontaminar superficies de contacto, conseguir los atributos característicos de los productos cárnicos curados sin la necesidad de adicionar nitritos, estimular la germinación de semillas, degradar pesticidas y modificar la estructura del almidón.
Figura 1: Difusión en el agua de especies químicas reactivas del plasma y formación de nuevas especies, generando agua activada por plasma (PAW)...
Figura 1: Difusión en el agua de especies químicas reactivas del plasma y formación de nuevas especies, generando agua activada por plasma (PAW). Aumento de la conductividad eléctrica (CE) y del potencial de óxido-reducción (POR) y descenso de pH.

El PAW como técnica de descontaminación microbiana

Descontaminación de alimentos

Se ha evidenciado que el PAW permite mejorar la calidad microbiológica de los alimentos, tanto de origen vegetal como de origen animal, crudos y procesados, sin ejercer efectos adversos en sus atributos de calidad. Se ha descrito que es capaz de inactivar eficazmente bacterias, mohos y levaduras en frutas (fresas, peras, kiwis, manzanas, arándanos, uvas, lima), hortalizas (tomate, repollo, calabaza, hojas de espinaca y de lechuga), semillas, germinados y hongos comestibles, como champiñones, mejorando su calidad microbiológica y extendiendo su vida útil (Ma y col., 2015, 2016; Guo y col., 2017; Joshi y col., 2018; Chen y col., 2019; Choi y col., 2019; Khan y Kim, 2019; Vaka y col., 2019; Xiang y col., 2019; Zhao y col., 2019; Liu y col., 2020; Xiang y col., 2020; Machado-Moreira y col., 2021). Por ejemplo, el tratamiento de semillas “mung bean (Vigna radiata)” germinadas, durante 30 minutos, con PAW (agua destilada estéril tratada por PANT durante 30 segundos) permitió reducir la población de bacterias aerobias totales, así como la de mohos y levaduras, en 2,3 y 2,8 unidades logarítmicas, respectivamente, no detectándose, además, cambios significativos ni en las características sensoriales ni en el contenido en flavonoides y polifenoles totales de los productos tratados (Xiang y col., 2019).

Asimismo, se ha demostrado la capacidad del PAW para la inactivación de microorganismos alterantes y patógenos, incluyendo Salmonella Enteritidis y Staphylococcus aureus, en carne (Zhao y col., 2018; Kang y col., 2019; Qian y col., 2019; Royintarat y col., 2020), productos cárnicos (Wang y col., 2021) y huevos (Lin y col., 2019). Por ejemplo, se ha observado que la pulverización de PAW sobre carne de vacuno reducía la población bacteriana superficial en 3,1 unidades logarítmicas, lo que permitía alargar entre 4 y 6 días la vida útil de la carne almacenada a refrigeración, sin comprometer su calidad tras la cocción (Zhao y col., 2018).

Además, se ha comprobado que la efectividad antimicrobiana del PAW en la descontaminación de los alimentos se puede potenciar mediante su combinación con tratamientos térmicos moderados (Choi y col., 2019; Xiang y col., 2020) y ultrasonidos (Royintarat y col., 2020), así como mediante la adición de ácido láctico al agua previamente a su tratamiento por PANT (Qian y col., 2019).

Descontaminación de equipos y superficies

Los microorganismos, tanto alterantes como patógenos, tienen la capacidad de adherirse a las superficies de los equipos, lo que puede provocar problemas de contaminación cruzada en los alimentos en contacto con ellas, con repercusiones importantes para la salud y grandes pérdidas económicas para los operadores industriales. Son varios los estudios en los que se ha puesto de manifiesto el potencial que presenta el PAW para la inactivación de bacterias, tanto Gram positivas como Gram negativas, y levaduras, incluso cuando se encuentran formando biofilms, en materiales ampliamente utilizados en la industria alimentaria, como acero inoxidable, polietileno de alta densidad y poliestireno. Por ejemplo, en el trabajo llevado a cabo por Fernández-Gómez y col. (2020) se evaluó la influencia ejercida por el tiempo de exposición al PAW sobre la efectividad de esta estrategia para inactivar las células de un cóctel de tres cepas de L. monocytogenes adheridas a acero inoxidable y poliestireno (106-107 ufc/cm2), comprobándose que tiempos de tratamiento de 30 y 60 minutos, respectivamente, reducían los recuentos a valores inferiores a 102 ufc/cm2.

El PAW como agente de curado en productos cárnicos

El PAW, como ya se ha comentado, contiene ROS y RNS, entre los que se encuentran los nitratos y nitritos. Basándose en este fenómeno, Jung y col. (2015) elaboraron salchichas tipo Frankfurt por el método tradicional, así como sustituyendo los nitritos de las sales del curado por PAW (agua con 1% de pirofosfato sódico tratada por PANT, que presentó un contenido de 782 y 358 ppm de nitritos y nitratos, respectivamente), no detectando diferencias entre ambos tipos de productos al cabo de 28 días de almacenamiento a refrigeración, ni en los recuentos de bacterias aerobias totales ni en distintos parámetros de calidad (color, aroma, sabor, jugosidad, elasticidad) que determinan su aceptabilidad, con la ventaja adicional de que el contenido en nitritos residuales resultaba un 30% más bajo en las salchichas elaboradas con PAW. Posteriormente, también se ha demostrado el potencial que presentan las salmueras tratadas por PANT para el curado de lomo (Yong y col., 2017) y 'beef jerky' (Inguglia y col., 2020).

Referencias bibliográficas

  • Chen, C.; Liu, C. C.; Jiang, A. L.; Guan, Q. X.; Sun, X. Y.; Liu, S. S.; Hao, K. X.; Hu, W. Z. (2019). The effects of cold plasma-activated water treatment on the microbial growth and antioxidant properties of fresh-cut pears. Food and Bioprocess Technology, 12(11), 1842–1851.
  • Choi, E. J.; Park, H. W.; Kim, S. B.; Ryu, S.; Lim, J.; Hong, E. J.; Byeon, Y. S.; Chun, H. H. (2019). Sequential application of plasma-activated water and mild heating improves microbiological quality of ready to-use shredded salted kimchi cabbage (Brassica pekinensis L.). Food Control, 98, 501–509.
  • Fernández-Gómez, P.; Alvarez-Ordóñez, A.; López, M.; Prieto, M.; Walsh, J. L.; Sivertsvik, M.; Noriega Fernández, E. (2020). Plasma Activated Water: a novel biocontrol strategy towards Listeria monocytogenes biofilms. EFFoST Annual Meeting, bridging high-tech food-tech and health: consumer oriented innovations. Comunicación P.T1.016.
  • Gracy, R.; Gupta, V.; Mahendran. (2019). Effect of plasma activated water (PAW) on chlorpyrifos reduction in tomatoes. International Journal of Chemical Studies, 7(3), 5000–5006.
  • Guo, J.; Huang, K.; Wang, X.; Lyu, C.; Yang, N.; Li, Y.; Wang, J. (2017). Inactivation of yeast on grapes by plasma-activated water and its effects on quality attributes. Journal of Food Protection, 80(2), 225–230.
  • Inguglia, E. S.; Oliveira, M.; Burgess, C. M.; Kerry, J. P.; Tiwari, B. K. (2020). Plasma-activated water as an alternative nitrite source for the curing of beef jerky: Influence on quality and inactivation of Listeria innocua. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 59, 102276.
  • Joshi, I.; Salvi, D.; Schaffner, D. W.; Karwe, M. V. (2018). Characterization of microbial inactivation using plasma-activated water and plasma-activated acidified buffer. Journal of Food Protection, 81(9), 1472–1480.
  • Jung, S.; Kim, H.J.: Park, S.; Yong, H. I.; Choe, J. H.; Jeon, H. J.; Choe, W.; Jo, C. (2015). The use of atmospheric pressure plasma-treated water as a source of nitrite for emulsion-type sausage. Meat Science, 108, 132–137.
  • Kang, C.; Xiang, Q.; Zhao, D.; Wang, W.; Niu, L.; Bai, Y. (2019). Inactivation of Pseudomonas deceptionensis CM2 on chicken breasts using plasma-activated water. Journal of Food Science and Technology, 56(11), 4938–4945.
  • Khan, M. S. I.; Kim, Y. J. (2019). Inactivation mechanism of Salmonella Typhimurium on the surface of lettuce and physicochemical quality assessment of samples treated by micro-plasma discharged water. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 52, 17–24.
  • Lin, C. M.; Chu, Y. C.; Hsiao, C. P.; Wu, J. S.; Hsieh, C. W.; Hou, C. Y. (2019). The optimization of plasma-activated water treatments to inactivate Salmonella Enteritidis (ATCC 13076) on shell eggs. Foods, 8(10), 520.
  • Liu, C.; Chen, C.; Jiang, A.; Sun, X.; Guan, Q.; Hu, W. (2020). Effects of plasma-activated water on microbial growth and storage quality of fresh-cut apple. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 59, 102256.
  • López, M.; Calvo, T.; Prieto, M.; Múgica-Vidal, R.; Muro-Fraguas, I.; Alba-Elías, F.; Alvarez-Ordóñez, A. (2019). A review on non-thermal atmospheric plasma for food preservation: mode of action, determinants of effectiveness and applications. Frontiers in Microbiology, 10, 622.
  • Ma, R.; Wang, G.; Tian, Y.; Wang, K.; Zhang, J.; Fang, J. (2015). Non-thermal plasma-activated water inactivation of food-borne pathogen on fresh produce. Journal of Hazardous Materials, 300, 643–651.
  • Ma, R.; Yu, S.; Tian, Y.; Wang, K. L.; Sun, C. D.; Li, X.; Zhang, J.; Chen, k. S.; Fang, J. (2016). Effect of non-thermal plasma-activated water on fruit decay and quality in postharvest Chinese bayberries. Food and Bioprocess Technology, 9(11), 1825–1834.
  • Machado-Moreira, B.; Tiwari, B. K.; Richards, K. G.; Abram, F.; Burgess, C. M. (2021). Application of plasma activated water for decontamination of alfalfa and mung bean seeds. Food Microbiology, 96, 103708.
  • Qian, J.; Zhuang, H.; Nasiru, M. M.; Muhammad, U.; Zhang, J.;Yan, W. (2019). Action of plasma-activated lactic acid on the inactivation of inoculated Salmonella Enteritidis and quality of beef. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 57, 102196.
  • Royintarat, T.; Choi, E. H.; Boonyawan, D.; Seesuriyachan, P.; Wattanutchariya, W. (2020). Chemical-free and synergistic interaction of ultrasound combined with plasma-activated water (PAW) to enhance microbial inactivation in chicken meat and skin. Scientific Reports, 10(1), 1–14.
  • Vaka, M. R.; Sone, I.; García Alvarez, R.; Walsh, J. L.; Prabhu, L.; Sivertsvik, M.; Noriega Fernández, E. (2019). Towards the next generation disinfectant: Composition, storability and preservation potential of plasma activated water on baby spinach leaves. Foods, 8(12), 692.
  • Wang, J.; Han, R.; Liao, X.; Ding, T. (2021). Application of plasma-activated water (PAW) for mitigating methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) on cooked chicken surface. LWT - Food Science and Technology, 137, 110465.
  • Xiang, Q.; Liu, X.; Liu, S.; Ma, Y.; Xu, C.; Bai, Y. (2019). Effect of plasma-activated water on microbial quality and physicochemical characteristics of mung bean sprouts. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 52, 49–56.
  • Xiang, Q.; Zhang, R.; Fan, L.; Ma, Y.; Wu, D.; Li, K.; Bai, Y. (2020). Microbial inactivation and quality of grapes treated by plasma activated water combined with mild heat. LWT - Food Science and Technology, 126, 109336.
  • Yan, Y.; Feng, L.; Shi, M.; Cui, C.; Liu, Y. (2020). Effect of plasma-activated water on the structure and in vitro digestibility of waxy and normal maize starches during heat-moisture treatment. Food Chemistry, 306, 125589.
  • Yong, H. I.; Park, J.; Kim, H. J.; Jung, S.; Park, S.; Lee, H. J.; Choe, W.; Jo, C. (2017). An innovative curing process with plasma-treated water for production of loin ham and for its quality and safety. Plasma Processes and Polymers, 15(2), 1700050.
  • Zhang, S.; Rousseau, A.; Dufour, T. (2017). Promoting lentil germination and stem growth by plasma activated tap water, demineralized water and liquid fertilizer. RSC Advances, 7, 31244-31251.
  • Zhao, Y.; Chen, R.; Tian, E.; Liu, D.; Niu, J.; Wang, W.; Qi, Z.; Xi, Y.; Song, Y.; Zhao, Z. (2020). Plasma-activated water treatment of fresh beef: Bacterial inactivation and effects on quality attributes. IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences, 4(1), 113–120.
  • Zhao, Y.; Chen, R. C.; Liu, D. P.; Wang, W. C.; Niu, J. H.; Yang, X.; Qi, Z. H.; Zao, Z. G. Y.; Song, Y. (2019). Effect of nonthermal plasma-activated water on quality and antioxidant activity of fresh-cut kiwifruit. IEEE Transactions on Plasma Science, 47(11), 4811–4817.
  • Zheng, Y.; Wu, S.; Dang, J.; Wang, S.; Liu, Z.; Fang, J.; Liu, Z.; Fang, J.; Han, P.; Zhang, J. (2019). Reduction of phoxim pesticide residues from grapes by atmospheric pressure non-thermal air plasma activated water. Journal of Hazardous Materials, 377, 98–105.
  • Zhou, R. W.; Li, J. W.; Zhou, R. S.; Zhang, X. H.; Yang, S. Z. (2019). Atmospheric-pressure plasma treated water for seed germination and seedling growth of mung bean and its sterilization effect on mung bean sprouts. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 53, 36–44.

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