Principios básicos de la ciencia y tecnología de alimentos

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Perú · México · Colombia · Bolivia · Ecuador · España · Nicaragua · Puerto Rico · Chile Principios básicos de la ciencia y tecnología de alimentos DOI: https://doi.org/10.35622/inudi.b.097 Tatiana Valdivia-Barra Con afiliación a la Universidad Nacional del Altiplano https://orcid.org/0000-0003-0456-4930 tvaldivia@unap.edu.pe

Principios básicos de la ciencia y tecnología de alimentos Tatiana Paulina Valdivia Barra (Autora) Publicado en: Puno, mayo del 2023 ISBN: 978-612-5069-88-7 (PDF) Hecho el depósito legal en la Biblioteca Nacional del Perú N° 2023-03918 DOI: https://doi.org/10.35622/inudi.b.97 Categoría: Texto universitario Jefe del Fondo editorial: Wilson Sucari Editores: Wilson Sucari / Patty Aza /Antonio Flores Corrección de estilo: Antonio Flores Diseño de portada: Antonio Flores Editorial: Instituto Universitario de Innovación Ciencia y Tecnología Inudi Perú S.A.C.

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Capítulo I Aspectos Generales Y Conceptuales De La Tecnología De Alimentos

1.1 Tecnología de alimentos La tecnología de los alimentos es una disciplina científica que se ocupa de investigar y asegurar la calidad microbiológica, física y química de los productos alimentarios en todas las etapas de su producción, desde el procesamiento hasta el envasado y el transporte. Además, esta disciplina se dedica a desarrollar nuevos productos mediante la aplicación de tecnologías innovadoras y el uso de materias primas tanto tradicionales como no tradicionales, teniendo en cuenta las características específicas del país y su población. Hoy en día es un áre a de investigación en nutrición espacial.

Ventajas: ⎯ Resolución de problemas en el desarrollo de nuevos productos, procesos y equipos. ⎯ Selección de materia prima. ⎯ Definición y control de cambios fundamentales en la composición o condiciones físicas antes, durante y después del procesamiento industrial. ⎯ Verificación del valor nutricional y la integridad de los alimentos. Aplicaciones: ⎯ En la investigación, descubre nuevos fenómenos respecto a los alimentos y sus ingredientes. ⎯ En el desarrollo de alimentos, imp lica tanto la fabricación de alimentos convencionales en nuevas y mejores formas, y la producción de otros alimentos. ⎯ Las operaciones se efectúan en el diseño o la prueba de materiales a través del cumplimiento de los requisitos de control de calidad. 1.2 Conservación de alimentos La conservación de los alimentos implica mantener su calidad original en términos de color, olor, forma, sabor, etc. Por lo tanto, es necesario controlar las alteraciones, ya sean internas o externas, que puedan modificar esas condiciones iniciales.

A medida que los alimentos se degradan, pueden experimentar diversas reacciones que contribuyen a su deterioro.

Reacciones químicas de degradación: ⎯ Reacciones de Maillard (pardeamiento enzimático): ocurren entre azúcares y proteínas, ge nerando compuestos intermedios que luego se convierten en polímeros pardos. Estos compuestos suelen tener un sabor amargo. ⎯ Desnaturalización de proteínas o ácidos nucleicos: se producen cambios en la estructura terciaria o cuaternaria de estas moléculas, lo que conlleva modificaciones en las características organolépticas de los alimentos. También puede haber modificaciones en los almidones, que pierden sus propiedades espesantes debido a factores como la acción de las amilasas o cambios de temperatura. ⎯ Oxidación de grasas y enranciamiento: las grasas pueden experimentar oxidación, lo que conduce a la formación de compuestos rancios. Estas reacciones de oxidación a menudo tienen un origen enzimático. Es importante tener en cuenta estas reacciones de degradación durante el proceso de conservación de los alimentos para prevenir su deterioro y mantener su calidad.

Reacciones enzimáticas de degradación Existen diversas reacciones enzimáticas de degradación que contribuyen al deterioro de los alimentos: ⎯ Enzimas de ruptura: Estas enzimas, conocidas como hidrolasas, son responsables de descomponer compuestos más grandes. Algunos ejemplos son las amilasas, que descomponen el almidón; las proteasas, que descomponen las proteínas; las lipasas, que descomponen los ácidos grasos; y las glucoxidasas, que descomponen los glúcidos.

⎯ Enzimas oxidativas: Estas enzimas, en general, contribuyen al deterioro de los alimentos. Algunos ejemplos son las polifenoloxidasas, que actúan sobre los polifenoles, y las lipoxigenasas, que actúan sobre los lípidos. Reacciones biológicas Además de las reacciones enzimáticas, también existen reacciones biológicas que ocurren cuando los alimentos se exponen a microorganismos. ⎯ Estos microorganismos pueden producir metabolitos y provocar reacciones alternativas, algunas de las cuales pueden ser perjudiciales o tóxicas. ⎯ Estas reacciones pueden ocurrir tanto en entornos aeróbicos como anaeróbicos.

Es importante tener en cuenta que todas estas reacciones pueden ser utilizadas para dirigir y controlar los procesos de fabricación de determinados productos alimentarios.

Factores que influyen en el deterioro Existen varios factores que influyen en el deterioro de los alimentos: Tiempo: En general, a medida que pasa el tiempo, aumenta el deterioro de los alimentos. Cuanto más tiempo transcurre, mayores son las probabilidades de que ocurran reacciones químicas, enzimáticas y biológicas que afecten la calidad de los alimentos.

Temperatura: La temperatura desempeña un papel crucial en el deterioro de los alimentos. Por lo general, el deterioro aumenta de manera exponencial con el aumento de la temperatura en el rango normal (entre 0-30 °C). Sin embargo, una vez que se superan ciertos límites de temperatura (ya sea muy altas o muy bajas), puede ayudar a controlar el crecimiento y la eliminación de microorganismos dañinos.

Hidratación: El contenido de agua en los alimentos tiene un impacto directo en las reacciones biológicas. El agua es el medio en el que los microorganismos llevan a cabo su metabolismo, por lo tanto, a mayor cantidad de agua, mayor es el deterioro potencial.

Acidez (pH): El valor de pH de un alimento influye en las reacciones enzimáticas y biológicas. Un pH más bajo (más ácido) tiende a inhibir el crecimiento de microorganismos, mientras que un pH más alto puede favorecer su desarrollo. Composición de la atmósfera: En entornos controlados, es posible manipular la composición de la atmósfera para preservar los alimentos. Por ejemplo, si se elimina el aire (oxígeno), se reducen las oxidacio nes y el crecimiento de organismos aeróbicos. Esto es especialmente relevante en productos vegetales, ya que continúan respirando después de ser cosechados y detienen la respiración una vez que se agota el oxígeno disponible.

Tipos de contaminación La contaminación puede ser de los siguientes tipos: Química: La contaminación química en los alimentos ocurre cuando entran en contacto con sustancias químicas. Esto puede suceder durante los procesos de producción, elaboración industrial o casera, almacenamiento , envasado y transporte. Las sustancias químicas involucradas pueden incluir plaguicidas, residuos de medicamentos veterinarios (como antibióticos y hormonas), aditivos en cantidades excesivas, productos de limpieza, materiales de envasado inadecuados, y materiales utilizados en equipos y utensilios, entre otros. Física: La contaminación física en los alimentos se refiere a la presencia de cuerpos extraños, generalmente introducidos accidentalmente durante la elaboración del alimento. Algunos ejemplos de contaminantes físicos son vidrios, metales, polvo, hilachas, fibras, pelos, bijouterie, y otros materiales indeseables. Biológica: La contaminación biológica en los alimentos está relacionada con la presencia de microorganismos como bacterias, virus, hongos y parásitos. Estos organismos son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista y su peligro radica en que, en general, no causan cambios visibles en el alimento. La contaminación por bacterias patógenas (perjudiciales) es la causa más común de intoxicación alimentaria. La fuente más común de estas bacterias es el ser humano, a través de una higiene personal inadecuada por parte de quienes manipulan o venden alimentos.

Métodos de conservación de alimentos La preservación de los alimentos implica una serie de procedimientos llevados a cabo en todas las etapas de la cadena de suministro, desde la producción hasta el consumo, con el objetivo de asegurar la calidad y seguridad de los alimentos. Dado que los alimentos son productos que tienden a deteriorarse, es necesario aplicar métodos de conservación para prolongar su vida útil. La conservación puede realizarse por: ⎯ Conservación por tratamientos térmicos o de calor. ⎯ Conservación por frío.

Conservación por tratamientos térmicos o de calor El principal objetivo de todos los procesos térmicos es garantizar la destrucción de los microorganismos vivos presentes en los alimentos, los cuales pueden afectar la calidad del producto y representar un riesgo para la salud del consumidor.

Cada microorgani smo tiene su propia sensibilidad al calor, y aunque una temperatura extremadamente alta, como 300º C, podría eliminarlos por completo, no se puede aplicar esta temperatura a los alimentos debido a que podría alterar sus características organolépticas. Por lo tanto, el objetivo es eliminar la mayor cantidad de microorganismos posible sin comprometer demasiado las cualidades propias del alimento. Al utilizar temperaturas específicas, se logra eliminar ciertos tipos de microorganismos mientras se preservan mejor las características del producto. Las enzimas son especialmente sensibles al calor y tienden a degradarse rápidamente. Para desarrollar un proceso térmico adecuado, es necesario tener conocimiento sobre la resistencia al calor de los microorganismos pre sentes en el alimento, así como comprender la naturaleza del alimento y los parámetros asociados, como la conductividad térmica, las alteraciones causadas por el calor y la velocidad de transferencia de calor.

Todos los tratamientos térmicos que implican a ltas temperaturas y tiempos prolongados resultarán en la destrucción de microorganismos y enzimas. Aquellos tratamientos que utilizan altas temperaturas, pero tiempos cortos también logran este objetivo, pero preservan mejor las características organolépticas del alimento.

La severidad del tratamiento térmico depende de los resultados deseados. En algunos casos, se busca eliminar la flora microbiana de manera superficial, mientras que en otros se eliminan únicamente los microorganismos que representan un riesgo para la salud. En ciertos casos, es necesario eliminar todos los microorganismos presentes en el alimento.

Ventajas: ⎯ Los tratamientos de calor pueden ser controlados con precisión tanto en su duración como en la temperatura aplicada al alimento. ⎯ Estos tratamientos permiten la destrucción de componentes antinutricionales presentes en los alimentos, los cuales pueden reducir la disponibilidad de ciertos nutrientes.

Clasificación de los tratamientos térmicos a) Escaldado El escaldado es una técnica utiliz ada en frutas y verduras para eliminar las enzimas que pueden causar alteraciones en el alimento con el tiempo. Este proceso implica calentar el alimento a una temperatura de 80 -100ºC en una etapa inicial, seguida de un período de tiempo que varía entre 30 segundos y dos o tres minutos a esa temperatura. Posteriormente, se realiza un enfriamiento inmediato. Es importante que el enfriamiento se realice de manera rápida para evitar la proliferación de microorganismos termófilos.

Durante el proceso de escaldado, se logra la destrucción de diversas enzimas que pueden causar degradación en los alimentos. Entre estas enzimas se encuentran las lipooxigenasas, que provocan el enranciamiento de los lípidos, las polifenoloxidasas, responsables del pardeamiento enzimát ico, las poligalacturonas y las clorofilasas, que ocasionan la conversión de las clorofilas a clorofílidos. Todas estas reacciones representan procesos de deterioro de los alimentos.

Una vez que se ha realizado el escaldado, se llevan a cabo pruebas para verificar si todavía están presentes enzimas como la catalasa y la peroxidasa, que no deterioran los alimentos, pero son las más resistentes. Si estas enzimas no se encuentran activas, indica que las demás enzimas, incluidas aquellas que sí causan efectos i ndeseables, también se han inactivado. Es importante que el escaldado se realice de manera adecuada, ya que un escaldado insuficiente puede tener efectos más perjudiciales en los alimentos que si no se hubiera realizado en absoluto.

La duración del tiempo de calentamiento en el proceso de escaldado varía según el método de calentamiento, la temperatura utilizada y las características físicas del producto, como su tamaño, si es particulado o cómo ha sido cortado. El objetivo principal del escaldado es la inactivación enzimática, pero también se obtienen otros efectos beneficiosos en el alimento: — Limpieza: Se eliminan el polvo y los gases superficiales, y el alimento adquiere una nueva apariencia.

— Reducción de la carga microbiana superficial.

— Eliminación de gases atrapados en los tejidos.

— Suavización del material.

— En cuanto a los componentes del alimento, se produce una pérdida de nutrientes, especialmente de aquellos que son sensibles al calor o solubles en agua.

Los pigmentos naturales de los alimentos, como las clorofilas, se transforman en feofitinas debido a la alta temperatura y al medio ácido proporcionado por las verduras, donde el átomo de magnesio presente en el anillo tetrapirrólico de las clorofilas es reemplazado por un átomo de hidrógeno. Esto resu lta en un oscurecimiento de las verduras.

Otro efecto buscado en los vegetales es ablandar su textura para facilitar su colocación en el envase, aunque a veces se puede producir un ablandamiento excesivo. Para evitarlo, se suele agregar cloruro cálcico, el cual se combina con la pectina para formar pectato cálcico mediante la unión del calcio a los grupos carboxilatos de los ácidos poliurónicos presentes en las pectinas. Tiempos de escaldado Desde una perspectiva tecnológica, el tiempo requerido para el pro ceso de escaldado depende de varios factores. En primer lugar, la actividad enzimática de la materia prima es un factor determinante, ya que algunas enzimas son más resistentes al calor que otras. Además, la estructura histológica del alimento juega un papel importante, ya que influye en la capacidad de transmisión del calor a través de los tejidos. Por último, la resistencia específica del alimento frente a altas temperaturas también influye en el tiempo necesario para el escaldado. Para calcular los tiempos de escaldado, se utiliza la teoría de transferencia de calor en estado transitorio por conducción, considerando las condiciones límites convectivas. El objetivo es determinar el tiempo necesario para que el centro del producto alc ance la temperatura de desactivación enzimática, generalmente centrándose en las enzimas más termoresistentes, como la catalasa y la peroxidasa. Es importante tener en cuenta que los tiempos y temperaturas sugeridos para el escaldado varían ampliamente según el producto, y a menudo no especifican todos los parámetros de la cinética de transferencia de calor involucrados.

Tabla 1 Tiempos de escaldado en agua a 95ºC.

Producto Tiempo (min.) Alcachofas Apio Brócolis Coles de Bruselas Espárragos Espinacas Guisantes Inflorescencias de coliflor Judías verdes Mazorca de maíz Zanahorias 5 - 9 2 - 3 4 - 5 2 - 5 1 - 2 3 - 4 2 - 3 6 - 11 2 - 5 Nota. Adaptado de LUH. Col. (1988).

Efectos sobre los nutrientes En todos los tratamientos térmicos, es inevitable que se produzcan pérdidas de elementos, especialmente aquellos más sensibles al calor. Vitaminas, proteínas y otros nutrientes pueden desnaturalizarse debido al calor. Sin embargo, en el caso del escaldado, al ser un proceso suave, las pérdidas suelen ser mínimas. El enfoque se centra en reducir la pérdida de elementos solubles, como vitaminas solubles, sales y almidón.

Las pérdidas pueden variar según el tipo de producto y su preparación (si está cortado o entero), ya que las pérdidas serán mayores cuanto mayor sea la relación entre la superficie y el volumen del alimento. El proceso específico de escaldado utilizado, así como el tiempo, la temperatura y el método de enfriamiento (ya sea con agua fría o aire) también influirán en las pérdidas. El escaldado tiene la ventaja de mejorar el color del producto en ocasiones, ya que el agua elimina los restos de la superficie, lo que cambia el índice de refracción de la luz y produce un brillo más intenso y una mejor apariencia. Sin embargo, una desventaja es la pérdida de pigmentos, especialmente en productos verdes, que depende del tratamiento y la temperatura empleados. Para mitigar esta pérdida, se pueden agregar carbonato de sodio u óxido de calcio al agua de escaldado, ya que protegen la clorofila. En el procesamiento de alimentos, hay varios ejemplos donde se aplica el escaldado. Por ejemplo, las papas suelen experimentar pardeamiento enzimático debido a las polifenoloxidasas. Para evitarlo, se sumerge el alimento en una salmuera antes del escaldado, teniendo cuidado de no excederse en la concentración de sal para evitar sabores extraños. El escaldado también puede afectar la textura del alimento, haciéndolo más suave, lo cual es beneficioso para productos líquidos que se envasan, pero puede no ser deseable en otros casos. Para reducir la pérdida de textura, se utiliza cloruro de calcio, que en combinación con las pectinas presentes en el producto (principalmente en frutas), forma pectato cálcico, proporcionando firmeza y estabilidad.

Es importante tener en cuenta que el escaldado puede provocar la pérdida de nutrientes sensibles al calor. Por lo tanto, se realiza un análisis de ácido ascórbico (vitamina C) para evaluar las pérdidas nutricionales durante el proceso. b) Pasteurización La pasteurización es un tratamiento térmico suave que se utiliza principalmente en líquidos para destruir microorganismos patógenos no esporulados, levaduras y mohos. Su objetivo es asegurar la seguridad del producto a corto plazo, como en el caso de la leche, o a largo plazo, como en el caso de los productos de frutas. Debido a su suavidad, la pasteurización tiene un impacto mínimo en las características organolépticas y el valor nutritivo del alimento. Sin embargo, la vida útil de los alime ntos pasteurizados es menor que la de los alimentos esterilizados, ya que las temperaturas y el tiempo de tratamiento térmico son más bajos en el caso de la pasteurización.

El pH del alimento es un factor determinante en la intensidad del tratamiento y la vida útil del producto. En alimentos con un pH superior a 4,5, como la leche, es necesario destruir las bacterias patógenas. En alimentos con un pH inferior a 4,5, es necesario eliminar la actividad enzimática y todos los microorganismos que afectan a la calidad del alimento.

La intensidad del tratamiento se determina en función de la destrucción de los patógenos, por lo que se emplean los valores de resistencia térmica de los microorganismos más resistentes al calor. En la industria alimentaria, se realizan pruebas para determinar las temperaturas y los tiempos necesarios para lograr la eliminación de los microorganismos. Por ejemplo, en la leche cruda, se utiliza la enzima fosfatasa alcalina, que tiene una resistencia térmica similar a la de los patógenos más resistentes. Si se logra eliminar la fosfatasa mediante la aplicación de calor durante un tiempo determinado, también se habrá logrado destruir los patógenos presentes.

Existen tres tipos de pasteurizaciones: 1. LTH: Retención a Baja Temperatura o, también conocida como pasteurización a baja temperatura o VAT (Vat Pasteurization). Este proceso consiste en calentar grandes volúmenes de leche en un recipiente sellado a 63 -68°C durante 30 minutos, seguido de un enfriamiento lento. Después del proceso, se r equiere un tiempo considerable antes de continuar con el envasado del producto, a veces más de 24 horas. 2. HTST: Alta Temperatura por Tiempo Corto o, también conocida como pasteurización a alta temperatura. Funciona de forma continua y se utilizan intercambiadores de calor que elevan la temperatura del alimento a 72°C durante 15 minutos. 3. UHT: Temperatura Ultra Alta o proceso UHT es un flujo continuo que mantiene la leche a una temperatura más alta que la empleada en el proceso HTST, pudiendo alcanzar al rededor de 138°C durante al menos dos segundos.

Debido a este breve período de exposición, se produce una degradación mínima del alimento.

Para determinar si la pasteurización de un alimento ha sido adecuada, se realizan pruebas, como por ejemplo en el cas o de la leche, donde se verifica si la enzima fosfatasa alcalina tiene actividad en el alimento o ha sido destruida. Esta enzima tiene una resistencia similar, pero ligeramente superior, a los microorganismos que se desea eliminar en la leche. Se asume que, si no hay actividad de fosfatasa alcalina en la leche, se habrán destruido los microorganismos que se deseaba eliminar.

Tabla 2 Pasteurización de lácteos Temperatura Tiempo Tipo de Pasteurización 63°C (145°F) 30 minutos Pasteurización VAT 72°C (161°F) 15 segundos Pasteurización "High temperature short time Pasteurization" (HTST) 89ºC (191ºF) 1.0 segundo Ultra Pasteurización (UP) 90ºC (194ºF) 0.5 segundos Ultra Pasteurización (UP) 94ºC (201ºF) 0.1 segundos Ultra Pasteurización (UP) 96ºC (204ºF) 0.05 segundos Ultra Pasteurización (UP) 100ºC (212ºF) 0.01 segundos Ultra Pasteurización (UP) 138ºC (280ºF) 2.0 segundos Esterilización Ultra-high temperature (UHT) Nota. *Tomar en cuenta que las temperaturas y los tiempos de pasteurización no son aplicables a productos de huevo. **Tomado de website de IDFA. Pasteurización: Definición y Métodos.

Efectos sobre los alimentos La pasteurización es un proceso que sigue una cinética química de primer orden. En este contexto, se utiliza la notación N para representar el número de microorganismos vivos a una temperatura de exposición T, y No para referirse a la población inicial de microorganismos. La constante cinética de muerte debido a la temperatura, representada como Kd, representa la velocidad de muerte de los microorganismos. La disminución en la población o cultivo de microorganismos se rige por una fórmula exponencial que de pende de los siguientes elementos: 𝑁 = 𝑁0𝑒−𝐾𝑑𝑇 La fórmula presentada es esencial para comprender la evolución de un cultivo en relación a la temperatura. Se observa una fuerte dependencia de la temperatura de exposición (T) en la disminución de la pobl ación de microorganismos. Además, esta fórmula es fundamental para la creación de los diagramas de supervivencia en la industria alimentaria, donde el logaritmo de la relación entre el número de microorganismos (N) y el número inicial (No) se representa en función del tiempo de exposición a una temperatura fija (T). Estos gráficos de supervivencia suelen presentar líneas rectas en una escala semilogarítmica. La correlación entre la velocidad de muerte de los microorganismos y la temperatura sigue la ecuació n de Arrhenius. Otro factor relevante asignado a cada microorganismo es el valor D, que representa el tiempo necesario para reducir en un 90% la población microbiana a una temperatura determinada en el producto tratado. Este valor D refleja la resistencia de los microorganismos al efecto de la temperatura y se expresa mediante una fórmula específica:

Corrigiendo la fórmula original, donde Δt representa el período de exposición, No representa la población inicial y N representa la población final. Mediante la determinación de los microorganismos sobrevivientes a diferentes temperaturas, se pueden obtener distintos valores D para un microorganismo específico o para un proceso particular de un alimento. Los valores D reflejan la resistencia del microorganismo, y aquellos con valores más altos indican una mayor resistencia en comparación con aquellos con valores más bajos. Otro parámetro importante es la "constante de resistencia termal", comúnmente conocida como "valor z", que se define como la diferencia de temperatura necesaria para causar una reducción del 90% en el valor D. c) Esterilización La esterilización es un proceso en el que el alimento se somete a altas temperaturas, generalmente entre 115 y 130ºC, durante un período de tiempo de 15 a 30 minutos, o incluso más tiempo, con el objetivo de lograr una completa desactivación enzimática y una destrucción total de los microorganismos presentes. Este tratamiento térmico intenso permite obtener productos con una vida útil muy prolongada, que puede superar los 6 meses en general. Sin embargo, debido a la intensidad del proceso, la esterilización puede afectar las características nutricionales y organolépticas del alimento, como su valor nutricional, sabor, textura y apariencia.

Esterilización de productos envasados La temperatura y el tiempo de tratamiento en la esterilización de alimentos dependen de varios factores, como la resistencia térmica de los microorganismos presentes, la velocidad de penetración del calor, las condiciones de calentamiento, el pH de l alimento, el tamaño del envase y el estado físico del alimento.

La resistencia al calor de los microorganismos está principalmente determinada por el pH del alimento. Dependiendo del pH, se pueden clasificar los alimentos en tres grupos:

— Alimentos de baja acidez, con un pH mayor a 4.5. — Alimentos de acidez intermedia, con un pH entre 3.7 y 4.5. — Alimentos ácidos, con un pH menor a 3.7.

Cada grupo tiene microorganismos específicos que poseen una mayor resistencia al calor.

En el grupo I, se destaca el Clostridium botulinum, que es termorresistente y puede producir botulismo. Es crucial destruir este microorganismo en el proceso de esterilización, por lo que se aplica un tratamiento térmico a una temperatura ligeramente superior a la necesaria para eliminarlo, para asegurar la destrucción completa.

En el grupo II, al disminuir la acidez, la resistencia de los microorganismos es menor. Aquí se encuentran los mohos, levaduras y enzimas, que también deben ser inactivados durante el proceso de esterilización. En el grupo III, el objetivo es desactivar las enzimas presentes en el alimento. En este caso, son suficientes tratamientos térmicos más suaves. Es importante tener en cuenta la carga microbiana inicial del producto, ya que un tratamiento térmico efectivo en laboratorio puede no serlo en la industria. Por lo tanto, es necesario asegurar que los productos o materias primas lleguen con la menor carga microbiana posible. Esto se puede lograr mediante un escaldado previo y la implementación de buenas prácticas de procesamiento y operación. Esterilización de productos no envasados La esterilización de líquidos y productos viscosos puede presentar desafíos en términos de penetración del calor, pérdida de nutrientes y cambios en las características organolépticas. Estos problemas se pueden resolver mediante la aplicación de la esterilización antes del envasado, seguido de un envasado posterior aséptico.

En este enfoque, los tiempos de tratamiento se reducen y las temperaturas se incrementan, lo que permite acortar las distancias que el producto debe recorrer.

Este principio es la base de los sistemas de Ultra Alta Temperatura (UHT). Con estos sistemas, el tratamiento térmico es tan rápido que los resultados pueden ser comparables a los obtenidos con la congelación o la irradiación. Como resultado, los alimentos pueden tener una vida útil más prolongada sin necesidad de tratamientos de enfriamiento.

Además, estos procesos de esterilización están altamente automatizados, lo que minimiza las pérdidas de energía y permite logr ar una alta productividad en la industria alimentaria.

Efectos sobre los alimentos El proceso de esterilización puede tener efectos en el color, sabor, aroma y textura de diferentes tipos de alimentos.

Carnes: Cuando se someten a pasteurización en envases como latas, no es posible aplicar el tratamiento UHT. Durante este proceso, la hemoxihemioglobina presente en la carne (que le otorga un color rojo) puede convertirse en metahemioglobina, lo que resulta en un color marrón. Además, se pueden producir reacciones de Maillard que causan pardeamiento. La hidrólisis del colágeno puede ablandar la carne, convirtiéndola en gelatina y distribuyendo las grasas de manera más uniforme en toda la pieza. Esto es evidente en el jamón cocido, que es más tierno en comparación con el jamón curado. Para contrarrestar estos efectos en la textura, se pueden utilizar polifosfatos como aditivos. Frutas y verduras: La clorofila presente en ellas puede convertirse en feofitina, lo que r educe su coloración verde. Los carotenoides pueden convertirse en compuestos hepóxidos, mientras que los antocianos pueden generar pigmentos de color marrón. En algunos casos, se pueden añadir sales (como el ácido cítrico) o colorantes artificiales permiti dos al líquido de gobierno, aunque no es común en el caso de los zumos de frutas. También se produce una pérdida de compuestos volátiles, especialmente en las frutas. Leche: pueden ocurrir cambios en el color, especialmente debido a la caramelización de los azúcares y las reacciones de Maillard. La homogeneización de la leche reduce el tamaño de las partículas de caseína, lo que aumenta el índice de refracción de la luz y da la impresión de un color más blanco. Además, durante la pasteurización, se forman s ustancias como hidróxido de azufre, lactonas y metil-cetonas, que contribuyen a un sabor característico a cocido debido a la desnaturalización de los componentes de la leche. d) Extrusión Este sistema involucra la combinación de diversas operaciones, como mezclado, amasado, formado, corte y, en algunos casos, secado. Figura 1 Diseño genérico de un extrusor El extrusor es un dispositivo que utiliza una bomba de tornillo o un tornillo sinfín para mezclar y comprimir los ingredientes, formando una masa semisólida que se moldea y corta para obtener la forma deseada. Durante este proceso, la masa se calienta, lo que se conoce como cocción-extrusión o extrusión en caliente. Este método de procesamiento, que se encuentra en constante evolución, tiene como objetivo no solo prolongar la vida útil de los productos, sino también permitir la creación de nuevos productos mediante cambios en los ingredientes y en las condiciones de extrusión, como temperatura, tiempo y presión.

La extrusión con calor alcanza altas temperaturas en un corto período de tiempo, similar al proceso HTST, lo que ayuda a reducir la cantidad de microorganismos y la actividad enzimática. Además, la baja cantidad de agua utilizada en la fabricación también contribuye a prolongar la vida útil de los productos. Ventajas sobre los otros sistemas — La extrusión presenta diversas ventajas en su aplicación: — No genera residuos, ya que se utiliza toda la masa introducida, lo que lo hace un proceso ecoamigable. Además, se integra fácilmente en las lín eas de producción existentes.

— Permite la automatización para una fabricación continua, lo que se traduce en alta productividad.

— Los costos de funcionamiento son bajos en comparación con otros procesos.

— Es altamente versátil, ya que se pueden producir una a mplia gama de productos realizando pequeñas modificaciones en el proceso de extrusión. — Algunos productos solo pueden obtenerse mediante extrusión, como es el caso de los copos de maíz para el desayuno, debido a su mayor eficacia en la producción.

En el proceso de extrusión, dos elementos clave influyen en el resultado: — Las propiedades reológicas de las materias primas, que incluyen la humedad inicial (se requiere conocerla para ajustar la cantidad de agua agregada durante el proceso), la granulometría y la composición química. — Las condiciones del proceso, que abarcan la temperatura, el tiempo de procesado, la presión en el barril del extrusor, el diámetro de salida del producto y la velocidad de corte. La temperatura y la presión están determinadas por el diseño interno del aparato, mientras que la velocidad de giro del eje se puede ajustar.

— Por ejemplo, en productos ricos en almidón (como papas y cereales), la extrusión en caliente produce una serie de efectos. El alto contenido de agua y las fuerzas cortantes generadas por el tornillo helicoidal del extrusor elevan la temperatura por encima de los 100 °C. El almidón se gelatiniza, absorbiendo agua y creando una masa plástica y viscosa. Al salir del cabezal del extrusor, la masa experimenta una rápida disminución de presión y la evaporación repentina del agua, lo que provoca la expansión del producto.