Tecnologías alimentarias. Volumen 2

Descripción

Todos los alimentos frescos son perecederos y necesitan procesarse para su comercialización. En este libro se explican los procesos por los que alimentos tan “efímeros” como la leche, los pescados, las carnes, las frutas o las hortalizas llegan apetecibles a la población, con todo su valor nutritivo y en perfecto estado higiénico.

En este segundo volumen, tras una introducción en la que se discute el carácter perecedero de los alimentos frescos y se analizan resumidamente las tecnologías disponibles para su conservación, se exponen los fundamentos, las aplicaciones y los equipos de los procesos de conservación de alimentos tradicionales (el calor, el frío, la deshidratación, la conservación química, etc.). Igualmente, se tratan las tecnologías emergentes, como los pulsos de luz y eléctricos de alto voltaje, el plasma frío, los campos magnéticos, etc. El libro termina con un capítulo dedicado a los tratamientos combinados utilizados para ofrecer productos precocinados, listos para el consumo, garantizando su inocuidad, magnificando sus atributos sensoriales y manteniendo su valor nutritivo.

La obra Tecnologías alimentarias se dirige a los alumnos y graduados de Ciencia y Tecnología de los Alimentos, Nutrición Humana y Dietética, Ingeniería Agronómica, Veterinaria y Farmacia, entre otras titulaciones, a los profesionales de las industrias alimentarias y a quien esté interesado en saber qué come y por qué procesos pasan los alimentos que consume.

Los autores son catedráticos y profesores titulares de Tecnología de los Alimentos de la Facultad de Veterinaria de la Universidad Complutense de Madrid. Juan A. Ordóñez es académico de número de la Real Academia de Ciencias Veterinarias de España.

PRÓLOGO .......................................................................................................................................................... 15

1. ALIMENTOS FRESCOS:

FUENTES Y TECNOLOGÍAS ALIMENTARIAS ............................................................... 19

1.1. Evolución de la alimentación de los humanos

y de las tecnologías alimentarias ..................................................................................... 19

1.2. Alteración de los alimentos frescos .................................................................................. 23

1.3. Estrategias de conservación de los alimentos .............................................................. 25

Bibliografía ................................................................................................................................................ 31

2. CONSERVACIÓN POR EL CALOR ........................................................................................... 33

2.1. Introducción a la transferencia de calor .......................................................................... 33

2.1.1. Transferencia de calor por conducción ........................................................ 34

2.1.2. Transferencia de calor por convección ......................................................... 36

2.1.3. Transferencia de calor por radiación ............................................................ 37

2.1.4. Aplicaciones de la transferencia de calor

en la industria alimentaria ............................................................................... 41

2.2. Fundamentos de los tratamientos térmicos ................................................................... 41

2.2.1. Representación de Arrhenius de fenómenos químicos

y biológicos temperatura dependientes ......................................................... 43

2.2.2. Cinética de la desactivación térmica de microorganismos

y enzimas .................................................................................................................... 45

2.2.3. Valoración de un tratamiento térmico ........................................................... 53

2.3. Cambiadores de calor .............................................................................................................. 57

2.4. Procesos térmicos, tipos y equipos .................................................................................... 62

2.4.1. Calentamiento en el envase ................................................................................ 62

2.4.2. Calentamiento en continuo antes de envasar ............................................. 70

2.4.3. Terminación ................................................................................................................ 76

2.4.4. Sous vide ..................................................................................................................... 76

2.4.5. Escaldado .................................................................................................................... 77

6Tecnologías alimentarias. Volumen 2

2.5. Los procesos térmicos y la calidad de los alimentos ................................................ 78

2.5.1. Ventajas nutritivas y sensoriales de los tratamientos UHT

sobre los de autoclave ........................................................................................... 78

2.5.2. Efecto del calor en la calidad nutritiva y sensorial de los alimentos .... 82

Bibliografía ................................................................................................................................................ 84

3. NUEVOS SISTEMAS PARA EL PROCESADO TÉRMICO

DE LOS ALIMENTOS ....................................................................................................................... 85

3.1. Introducción ................................................................................................................................. 85

3.2. Consideraciones generales sobre el uso de radiaciones electromagnéticas

en la industria alimentaria ..................................................................................................... 85

3.3. Nociones generales sobre la generación de calor ....................................................... 86

3.4. Calentamiento por microondas ........................................................................................... 88

3.4.1. Características de las microondas .................................................................. 88

3.4.2. Mecanismos de generación de calor por las microondas .................... 89

3.4.3. Influencia de las propiedades dieléctricas en el calentamiento ....... 90

3.4.4. Factores que influyen en el calentamiento de los alimentos

por microondas ......................................................................................................... 93

3.4.5. Equipos ......................................................................................................................... 96

3.4.6. Características del calentamiento con microondas.

Efecto en los alimentos ......................................................................................... 99

3.4.7. Aplicaciones en la industria alimentaria ..................................................... 101

3.4.8. Importancia del envase en el calentamiento con microondas ............ 105

3.5. Calentamiento por radiofrecuencia ................................................................................... 106

3.6. Calentamiento óhmico ............................................................................................................ 111

3.7. Calentamiento por inducción ............................................................................................... 114

Bibliografía ................................................................................................................................................ 115

4. CONSERVACIÓN POR FRÍO ......................................................................................................... 117

4.1. Introducción ................................................................................................................................. 117

4.2. Conceptos de refrigeración y congelación ..................................................................... 119

4.3. Refrigeración y almacenamiento en refrigeración ..................................................... 119

4.3.1. Efecto de la refrigeración en la velocidad de las reacciones

químicas y enzimáticas ......................................................................................... 120

4.3.2. Efecto de la refrigeración en los microorganismos ................................ 120

4.3.3. Importancia de las características del alimento

en su refrigeración ................................................................................................. 124

4.3.4. Factores que se deben controlar durante el almacenamiento

en refrigeración ......................................................................................................... 125

4.3.5. Características de los alimentos refrigerados ........................................... 128

4.3.6. Otras aplicaciones de la refrigeración ......................................................... 129

4.4. Congelación y almacenamiento en congelación ......................................................... 129

4.4.1. Teoría de la cristalización ................................................................................... 129

7Índice

4.4.2. Curvas de congelación .......................................................................................... 132

4.4.3. Modificaciones que se producen en los alimentos

durante su congelación ......................................................................................... 136

4.4.4. Efecto de la congelación en los microorganismos

y otros agentes biológicos ................................................................................... 140

4.4.5. Modificaciones que se producen en los alimentos

durante el almacenamiento en congelación ............................................... 143

4.4.6. Importancia del estado vítreo en la estabilidad de los alimentos

congelados .................................................................................................................. 146

4.4.7. Vida útil de los productos congelados ........................................................... 151

4.4.8. Otras aplicaciones de la congelación ............................................................ 154

4.5. Producción industrial de frío ................................................................................................ 154

4.5.1. Sistemas mecánicos ................................................................................................ 154

4.5.2. Sistemas criogénicos .............................................................................................. 155

4.5.3. Nuevos sistemas de producción de frío ......................................................... 157

4.5.4. Necesidades de refrigeración ............................................................................ 159

4.6. Métodos de enfriamiento empleados en la industria alimentaria ........................ 163

4.6.1. Enfriamiento con aire ............................................................................................ 163

4.6.2. Enfriamiento por contacto con superficies frías ....................................... 164

4.6.3. Enfriamiento con líquidos ................................................................................... 164

4.6.4. Enfriamiento por vacío ......................................................................................... 165

4.7. Equipos empleados para la refrigeración ....................................................................... 166

4.8. Equipos empleados para la congelación ......................................................................... 167

4.8.1. Congeladores de aire ............................................................................................. 167

4.8.2. Congeladores de contacto ................................................................................... 171

4.8.3. Congeladores de inmersión ................................................................................ 172

4.8.4. Congeladores criogénicos ................................................................................... 172

4.8.5. Congelación por métodos combinados ......................................................... 174

4.8.6. Selección del método y del equipo de congelación ................................. 175

4.8.7. Nuevos métodos de congelación ....................................................................... 176

4.9. Descongelación ........................................................................................................................... 180

4.9.1. Métodos de descongelación ................................................................................ 182

Bibliografía ................................................................................................................................................ 184

5. EFECTO DEL DESCENSO DE LA ACTIVIDAD DEL AGUA

EN EL CRECIMIENTO MICROBIANO Y EN LAS REACCIONES

QUÍMICAS Y ENZIMÁTICAS. INFLUENCIA EN LA TEXTURA .......................... 185

5.1. Introducción ................................................................................................................................. 185

5.2. Efecto de la actividad del agua en el crecimiento de microorganismos

y en la producción de metabolitos .................................................................................. 186

5.2.1. Clasificación de los alimentos en relación con la aw

y su posible microbiota ......................................................................................... 192

5.3. Influencia de la actividad del agua en las reacciones químicas y enzimáticas 194

5.3.1. Oxidación de lípidos .............................................................................................. 195

5.3.2. Pardeamiento no enzimático .............................................................................. 196

8Tecnologías alimentarias. Volumen 2

5.3.3. Actividad enzimática .............................................................................................. 197

5.3.4. Pérdida de vitaminas ............................................................................................. 198

5.4. Influencia de la actividad del agua en la textura ......................................................... 199

Bibliografía ................................................................................................................................................ 201

6. DESHIDRATACIÓN ............................................................................................................................ 203

6.1. Introducción ................................................................................................................................. 203

6.2. Fundamentos de la deshidratación .................................................................................... 204

6.2.1. Transferencia de energía ...................................................................................... 204

6.2.2. Transferencia de masa .......................................................................................... 205

6.2.3. Propiedades del aire húmedo (psicrometría) ............................................. 206

6.3. Velocidad de secado. Fases y curvas de secado .......................................................... 211

6.4. Efecto de las características de los alimentos .............................................................. 216

6.4.1. Endurecimiento superficial ................................................................................. 216

6.4.2. Movimiento de solutos ........................................................................................... 217

6.4.3. Retracción ................................................................................................................... 217

6.4.4. Otras alteraciones ................................................................................................... 219

6.5. Equipos y aplicaciones ............................................................................................................ 221

6.5.1. Deshidratación con aire caliente ..................................................................... 222

6.5.2. Deshidratación por contacto con una superficie caliente .................... 230

6.5.3. Deshidratación por aporte de energía electromagnética ..................... 232

6.5.4. Deshidratación por evaporación súbita (explosion puff drying) .... 233

6.5.5. Deshidratación asistida por ultrasonidos .................................................... 233

6.5.6. Deshidratación por ventana de reflectancia ............................................... 234

6.6. Deshidratación osmótica ........................................................................................................ 235

6.7. Conservación de los alimentos deshidratados .............................................................. 237

6.8. Reconstitución de los alimentos deshidratados ........................................................... 238

6.9. Instantaneización ....................................................................................................................... 241

6.10. Liofilización ................................................................................................................................. 243

6.10.1. Fundamentos de la liofilización ........................................................................ 244

6.10.2. Transferencia de energía y de masa ............................................................... 246

6.10.3. Equipos y aplicaciones ......................................................................................... 249

Bibliografía ................................................................................................................................................ 252

7. ADICIÓN DE SOLUTOS .................................................................................................................. 255

7.1 Introducción ................................................................................................................................. 255

7.2. Relación entre la actividad del agua y la concentración de solutos ................... 256

7.3. Adición de NaCl (sal común) .............................................................................................. 257

7.3.1. Usos de la sal a lo largo de la historia ......................................................... 257

7.3.2. Procesos físicos de la conservación mediante sal ................................... 258

7.3.3. Tipos de sal ................................................................................................................. 260

7.3.4. Ejemplos de productos sometidos a salazón ............................................... 261

7.3.5. Almacenamiento de los alimentos salazonados y su alteración ........ 264

9Índice

7.3.6. Combinación del salazonado con otros métodos de conservación

de alimentos ............................................................................................................... 268

7.3.7. Desalado de los productos intensamente salados .................................... 269

7.4. Adición de compuestos depresores de la aw distintos a la sal .............................. 269

7.4.1. Azúcar ........................................................................................................................... 269

7.4.2. Miel ................................................................................................................................ 270

7.4.3. Glicerol ......................................................................................................................... 270

7.4.4. Otros .............................................................................................................................. 271

7.4.5. Ejemplos de productos estabilizados mediante azúcares ..................... 271

7.4.6. Almacenamiento de los alimentos azucarados y su alteración ......... 275

Bibliografía ................................................................................................................................................ 276

8. CONSERVACIÓN QUÍMICA DE LOS ALIMENTOS ....................................................... 277

8.1. Introducción ................................................................................................................................. 277

8.1.1. Acidez y microorganismos ................................................................................... 277

8.2. pH, pK´ y constante de disociación ................................................................................... 278

8.3. Consideraciones generales sobre la acción antimicrobiana

de los ácidos orgánicos ........................................................................................................... 279

8.3.1. Acción de los conservantes en la célula microbiana .............................. 280

8.3.2. Efecto de las características del alimento

en la actividad antimicrobiana de los conservantes ............................... 280

8.4. Estudio individualizado de los ácidos orgánicos ........................................................ 283

8.4.1. Ácido acético ............................................................................................................. 283

8.4.2. Ácido propiónico ...................................................................................................... 284

8.4.3. Ácido benzoico .......................................................................................................... 285

8.4.4. Ácido p‑hidroxibenzoico y parabenos R ........................................................ 286

8.4.5. Ácido sórbico ............................................................................................................. 288

8.4.6. Otros ácidos orgánicos ......................................................................................... 289

8.5. Conservantes inorgánicos (no ácidos) ............................................................................. 290

8.5.1. Nitratos y nitritos ..................................................................................................... 290

8.5.2. Dióxido de azufre y sulfitos ................................................................................. 293

8.5.3. Dióxido de carbono ................................................................................................ 295

8.5.4. Ozono ............................................................................................................................ 298

8.5.5. Cloro .............................................................................................................................. 299

8.5.6. Sustancias que se han utilizado como conservantes,

pero actualmente prohibidas .............................................................................. 300

Bibliografía ................................................................................................................................................ 302

9. ENVASADO EN ATMÓSFERAS MODIFICADAS ............................................................. 303

9.1. Introducción ................................................................................................................................. 303

9.1.1. Definiciones ................................................................................................................ 305

9.2. Gases utilizados en el MAP .................................................................................................. 306

9.2.1. Dióxido de carbono ................................................................................................ 307

10Tecnologías alimentarias. Volumen 2

9.2.2. Nitrógeno ..................................................................................................................... 307

9.2.3. Oxígeno ........................................................................................................................ 308

9.2.4. Monóxido de carbono ............................................................................................ 308

9.2.5. Otros gases ................................................................................................................. 309

9.3. Métodos y equipos de envasado ......................................................................................... 309

9.4. Envases y material de envasado ......................................................................................... 310

9.5. Efecto del MAP y el VAP en la vida útil y en la calidad del producto ............. 311

9.5.1. Envasado de carnes rojas en MAP ................................................................. 312

9.5.2. Envasado de carnes rojas en VAP ................................................................... 318

9.5.3. Atmósferas más adecuadas para el envasado de otros productos

cárnicos y derivados del pescado .................................................................... 319

9.5.4. Atmósferas más adecuadas para el envasado de pescado y marisco .. 322

9.5.5. Atmósferas más adecuadas para el envasado de productos lácteos .. 324

9.5.6. Atmósferas más adecuadas para el envasado de algunos alimentos

de origen vegetal ...................................................................................................... 324

9.6. Efecto de las atmósferas modificadas en la seguridad microbiológica ............ 328

9.7. Conclusión .................................................................................................................................... 329

Bibliografía ................................................................................................................................................ 330

10. ALTAS PRESIONES HIDROSTÁTICAS ................................................................................. 331

10.1. Introducción ................................................................................................................................. 331

10.2. Fundamento .................................................................................................................................. 332

10.3. Efecto de las altas presiones en los microorganismos ............................................. 335

10.3.1. Mecanismos de desactivación y factores de los que depende ............ 335

10.3.2. Factores de los que depende la desactivación

de los microorganismos ....................................................................................... 337

10.3.3. Cinética de destrucción microbiana por las altas presiones.

Gráficas de supervivencia ................................................................................... 342

10.4. Efecto de las altas presiones en los principales componentes de los alimentos .... 344

10.4.1. Agua y hielo ................................................................................................................ 344

10.4.2. Proteínas ...................................................................................................................... 346

10.4.3. Lípidos .......................................................................................................................... 348

10.4.4. Hidratos de carbono .............................................................................................. 348

10.4.5. Otros componentes y atributos de los alimentos ...................................... 348

10.5. Efecto de las altas presiones en las reacciones químicas ........................................ 350

10.6. Efecto de las altas presiones en las enzimas ................................................................. 350

10.7. Equipos para aplicar altas presiones ................................................................................. 352

10.8. Envasado de los alimentos que van a presurizarse .................................................... 356

10.9. Aplicaciones de las altas presiones en la industria alimentaria ........................... 357

10.9.1. Mejora de la seguridad alimentaria y de la vida útil de los alimentos .. 357

10.9.2. Texturización inducida por las altas presiones hidrostáticas ............. 360

10.9.3. Empleo combinado con otros procesos de conservación

y transformación ...................................................................................................... 361

10.10. Conclusión .................................................................................................................................. 362

Bibliografía ................................................................................................................................................ 362

11Índice

11. IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS ............................................................................................... 363

11.1. Consideraciones generales .................................................................................................. 363

11.1.1. Antecedentes ............................................................................................................ 363

11.1.2. Aplicaciones de la irradiación de alimentos ............................................ 366

11.1.3. Estado actual y perspectivas de la irradiación de alimentos ........... 367

11.2. Radiaciones ionizantes y sus fuentes ............................................................................. 368

11.3. Dosimetría y modalidades de tratamientos ................................................................. 372

11.4. Efecto químico y biológico de las radiaciones ionizantes .................................... 375

11.4.1. Efectos generales ................................................................................................... 375

11.4.2. Efecto en los microorganismos ....................................................................... 377

11.5. Efectos en los componentes de los alimentos ............................................................ 384

11.5.1. Lípidos ........................................................................................................................ 385

11.5.2. Proteínas .................................................................................................................... 386

11.5.3. Carbohidratos ......................................................................................................... 387

11.5.4. Vitaminas ................................................................................................................... 387

11.5.5. Otros componentes e ingredientes ................................................................. 389

11.6. Aspectos toxicológicos, nutricionales y sensoriales

de los alimentos irradiados ................................................................................................. 389

11.6.1. Toxicológicos ........................................................................................................... 389

11.6.2. Nutricionales ........................................................................................................... 390

11.6.3. Sensoriales ................................................................................................................ 391

11.7. Identificación y detección de alimentos irradiados .................................................. 392

11.8. Pros y contras de la aplicación de radiaciones ionizantes .................................... 394

11.9. Plantas de irradiación ............................................................................................................. 395

Bibliografía ................................................................................................................................................ 400

12. BIOCONSERVACIÓN ........................................................................................................................ 401

12.1. Introducción ............................................................................................................................... 401

12.2. Cultivos protectores ................................................................................................................ 402

12.2.1. Productos finales del metabolismo bacteriano ........................................ 403

12.2.2. Péptidos con actividad antimicrobiana ...................................................... 405

12.2.3. Otros compuestos de origen microbiano

con actividad antimicrobiana ........................................................................ 405

12.2.4. Otros mecanismos de inhibición de los cultivos protectores ............ 406

12.2.5. Aplicación en alimentos de los cultivos protectores ............................. 407

12.3. Bacteriocinas ............................................................................................................................. 410

12.3.1. Clasificación de las bacteriocinas ................................................................. 410

12.3.2. Modo de acción ...................................................................................................... 413

12.3.3. Aplicación de las bacteriocinas en la industria alimentaria ............ 414

12.4. Natamicina .................................................................................................................................. 417

12.5. Bacteriófagos ............................................................................................................................. 418

12.5.1. Ciclo biológico de los bacteriófagos ............................................................ 419

12.5.2. Aplicación de bacteriófagos en alimentos ................................................. 421

12.6. Enzimas ........................................................................................................................................ 427

12Tecnologías alimentarias. Volumen 2

12.6.1. Enzimas hidrolíticas ............................................................................................. 427

12.6.2. Glucosa oxidasa ..................................................................................................... 427

12.6.3. Sistema lactoperoxidasa‑tiocianato .............................................................. 428

12.7. Otras proteínas y péptidos con actividad antimicrobiana ..................................... 430

12.8. Aceites esenciales .................................................................................................................... 431

12.8.1. Mecanismo de acción .......................................................................................... 432

12.8.2. Potencial antimicrobiano de aceites esenciales ..................................... 433

12.8.3. Aplicación en la industria alimentaria ........................................................ 434

12.9. Quitosano .................................................................................................................................... 434

12.10. Bioconservantes en el modelo de obstáculos (barreras) ....................................... 435

Bibliografía ................................................................................................................................................ 436

13. TECNOLOGÍAS EMERGENTES ................................................................................................. 439

13.1. Tecnologías basadas en la luz ultravioleta ................................................................... 439

13.1.1. Fundamento .............................................................................................................. 439

13.1.2. Modalidades, equipos y aplicaciones .......................................................... 440

13.1.3. Efectos en la calidad nutritiva y sensorial ................................................ 443

13.2. Pulsos eléctricos de alto voltaje ........................................................................................ 444

13.2.1. Fundamento .............................................................................................................. 444

13.2.2. Equipos ....................................................................................................................... 445

13.2.3. Aplicaciones ............................................................................................................. 447

13.2.4. Efectos en la calidad nutritiva y sensorial ................................................ 447

13.3. Plasma frío .................................................................................................................................. 447

13.4. Campos magnéticos oscilantes .......................................................................................... 449

13.5. Ultrasonicación, termoultrasonicación, manosonicación

y manotermosonicación ........................................................................................................ 449

13.5.1. Respuesta de las bacterias frente a la termoultrasonicación ................ 451

13.5.2. Respuesta de las bacterias frente a la manosonicación

y manotermosonicación ...................................................................................... 453

13.5.3. Perspectivas de aplicación de la termoultrasonicación

y manotermosonicación ...................................................................................... 455

Bibliografía ................................................................................................................................................ 456

14. TRATAMIENTOS COMBINADOS. ALIMENTOS PREPROCESADOS,

PRECOCINADOS Y COCINADOS. HIGIENIZACIÓN, CON ESPECIAL

REFERENCIA A LOS ALIMENTOS LISTOS PARA EL CONSUMO.

ALIMENTOS DE IV Y V GAMA ................................................................................................. 457

14.1. Tratamientos combinados: modelo del concepto de obstáculos de Leistner ...... 457

14.1.1. Introducción ............................................................................................................. 457

14.1.2. Tratamientos combinados: conceptos básicos sobre el efecto

barrera y la tecnología de obstáculos de Leistner ................................. 458

14.1.3. Aspectos clave para seleccionar los obstáculos ..................................... 461

13Índice

14.1.4. Aspectos microbiológicos relevantes

en la tecnología de obstáculos ..................................................................... 463

14.1.5. Concepto multidiana en la conservación de alimentos ....................... 465

14.1.6. Aplicaciones de la tecnología de obstáculos ............................................ 465

14.2. Tecnologías para la elaboración de productos preprocesados, precocinados

y cocinados ................................................................................................................................. 467

14.2.1. Problemas higiénicos inherentes a la producción

de estos productos ................................................................................................ 468

14.2.2. Criterios microbiológicos para L. monocytogenes, E. coli

O157:H7 y Salmonella spp. .............................................................................. 471

14.2.3. Tecnologías adecuadas para la higienización de alimentos RTE

y la optimización del tratamiento .................................................................. 473

14.3. Frutas y hortalizas mínimamente procesadas de IV gama ................................... 484

14.3.1. Características de los productos IV gama ................................................. 484

14.3.2. Microbiología de productos de IV gama .................................................... 485

14.3.3. Tecnología de la elaboración de productos de IV gama ..................... 485

14.3.4. Métodos de lavado e higienización ............................................................... 487

14.3.5. Métodos complementarios y protectores .................................................... 489

14.3.6. Envasado de productos de IV gama .............................................................. 490

14.4. Productos de V gama ............................................................................................................. 491

Bibliografía ................................................................................................................................................ 491