Procesamiento físico

Secado

El secado o deshidratación es el proceso de eliminación de agua de un alimento sólido o líquido por evaporación. El objetivo del secado es obtener un producto sólido con un contenido de agua suficientemente bajo. Es uno de los métodos más antiguos de conservación de alimentos . El agua es el requisito previo para que los microorganismos y enzimas activen los mecanismos de deterioro de los alimentos. En este método, el contenido de humedad se reduce hasta el punto en que se inhiben las actividades de estos microorganismos . La mayoría de los microorganismos pueden crecer con una actividad acuática superior a 0,95. Las bacterias son inactivas cuando la actividad del agua es inferior a 0,9. La mayoría de los microorganismos no pueden crecer con una actividad acuática inferior a 0,88 .

el Secado tiene numerosas ventajas. Reduce el peso y el volumen de los alimentos, facilita el almacenamiento, el envasado y el transporte de los alimentos, y también proporciona diferentes sabores y olores. Con todos estos beneficios, el secado es aparentemente el método más barato de conservación de alimentos . Sin embargo, este proceso también tiene limitaciones. En algunos casos, se ha observado una pérdida significativa de sabor y aroma después del secado. Algunos compuestos funcionales como la vitamina C, la tiamina, las proteínas y los lípidos también se pierden debido al secado .

Clasificación del secado El secado se puede clasificar en tres grupos principales: convectivo, conductor y radiativo. El secado por convección es el método más popular para obtener más del 90% de alimentos deshidratados. Dependiendo del modo de funcionamiento, los secadores se pueden clasificar en lotes o continuos. Para operaciones de menor escala y tiempos de residencia cortos, se prefieren los secadores por lotes. El método continuo de secado es preferencial cuando se requieren operaciones periódicas largas y se necesita reducir el costo de secado .

Secado de diferentes alimentos Los alimentos, como frutas, verduras, carnes y pescados, se procesan por secado. El café instantáneo y el té también se producen por secado por pulverización o liofilización . La temperatura de procesamiento y el tiempo de secado de los diferentes alimentos se presentan en la Tabla 5.

Pasteurización La pasteurización es una técnica de conservación física en la que los alimentos se calientan hasta una temperatura específica para destruir los microorganismos y enzimas que causan deterioro . Casi todas las bacterias patógenas, levaduras y mohos son destruidos por este proceso. Como resultado, la vida útil de los alimentos aumenta . Este proceso lleva el nombre del científico francés Louis Pasteur (1822-1895), que experimentó con este proceso en 1862. Usó este proceso para tratar el vino y la cerveza . La Tabla 6 presenta las aplicaciones del proceso de pasteurización para preservar diferentes alimentos.

Técnicas de pasteurización La eficacia de la pasteurización depende de la combinación temperatura–tiempo. Esta combinación se basa principalmente en los estudios térmicos de tiempo de muerte de microorganismos resistentes al calor . Sobre la base de la temperatura y la exposición al calor, la pasteurización se puede clasificar como cuba (lote), corto tiempo de alta temperatura (HTST) y temperatura ultra alta (UHT); HTST y UHT son procesos continuos . El pasteurizador de tina es adecuado para plantas pequeñas que tienen una capacidad de 100-500 galones . La pasteurización de la cuba requiere una supervisión constante para evitar el sobrecalentamiento, la retención excesiva o la quema . La pasteurización de corto tiempo a alta temperatura (HTST) es un pasteurizador de proceso continuo equipado con un sofisticado sistema de control, bomba, dispositivos o válvulas de desviación de flujo y equipo de intercambiador de calor . La pasteurización HTST también se conoce como «pasteurización flash». La pasteurización Vat y HTST perece eficazmente los microorganismos patógenos. Sin embargo, para inactivar las esporas termorresistentes, la pasteurización a temperatura ultra alta (UHT) es más efectiva que la VAT y la HTST . Durante el tratamiento térmico de alimentos, se producen cambios físicos, químicos o biológicos mínimos . Una vez hecho el calentamiento, los productos se envasan asépticamente en recipientes estériles . Los productos pasteurizados UHT tienen una vida útil más larga que otros productos pasteurizados. En la Tabla 7 se presentan las comparaciones entre los tres métodos de pasteurización.

El alto calor del proceso de pasteurización puede dañar algunas vitaminas, minerales y bacterias beneficiosas durante la pasteurización. A temperatura de pasteurización, la vitamina C se reduce en un 20%, el calcio soluble y el fósforo se reducen en un 5%, y la tiamina y la vitamina B12 se reducen en un 10%. En los jugos de frutas, la pasteurización reduce la vitamina C, el ácido ascórbico y el caroteno. Sin embargo, estas pérdidas pueden considerarse menores desde el punto de vista nutricional .

Esterilización térmica

La esterilización térmica es un proceso de tratamiento térmico que destruye por completo todos los microorganismos viables (levaduras, mohos, bacterias vegetativas y formadores de esporas), lo que resulta en un período de vida útil más largo . La retención y el procesamiento aséptico son dos categorías de esterilización térmica . La esterilización térmica es diferente de la pasteurización. La comparación de diferentes criterios entre la pasteurización y la esterilización se presenta en la Tabla 8.

Retorting

La retorting se define como el envasado de alimentos en un recipiente seguido de esterilización . Los alimentos con un pH superior a 4,5 requieren más de 100 °C como temperatura de esterilización. El logro de dicha temperatura puede ser posible en retortas por lotes o continuas. Las retortas por lotes están siendo reemplazadas gradualmente por sistemas continuos . Las retortas hidrostáticas y las cocinas rotativas son los sistemas continuos más comunes utilizados en las industrias alimentarias . La Tabla 9 presenta diferentes criterios de retortas por lotes y continuas.

Envasado aséptico

El envasado aséptico consiste en colocar alimentos esterilizados comercialmente en un envase esterilizado que posteriormente se sella en un entorno aséptico . El embalaje aséptico convencional utiliza materiales de papel y plástico. La esterilización se puede lograr mediante tratamiento térmico, tratamiento químico o atribuyéndolos a ambos . El envasado aséptico es muy utilizado para conservar jugos, productos lácteos, pasta de tomate y rebanadas de fruta . Puede aumentar en gran medida la vida útil de los alimentos; por ejemplo, el proceso de pasteurización UHT puede prolongar la vida útil de la leche líquida de 19 a 90 días, mientras que el procesamiento combinado de UHT y el envasado aséptico prolongan la vida útil a seis meses o más. Los envases utilizados para el procesamiento aséptico se producen a partir de plásticos que tienen una temperatura de reblandecimiento relativa. Además, el llenado aséptico puede aceptar una amplia gama de materiales de embalaje, que incluyen: (a) latas de metal esterilizadas por vapor sobrecalentado, (b) papel, papel de aluminio y laminados de plástico esterilizados por peróxido de hidrógeno caliente, y (c) una variedad de recipientes de plástico y metal esterilizados por vapor de alta presión . Por lo tanto, la amplia variedad de envases mejora la competencia del embalaje aséptico y disminuye el costo.

El enfoque directo de los envases asépticos comprende la prescripción de vapor y la infusión de vapor. Por otro lado, el enfoque indirecto del embalaje aséptico incluye el intercambio de calor a través del intercambiador de calor de placas, el intercambiador de calor de superficie desechada y el intercambiador de calor tubular . La inyección de vapor es uno de los métodos más rápidos de calentamiento y, a menudo, elimina sustancias volátiles de algunos productos alimenticios. Por el contrario, la infusión de vapor ofrece un mayor control sobre las condiciones de procesamiento que la inyección de vapor y minimiza el riesgo de sobrecalentamiento de los productos. La infusión de vapor es adecuada para tratar alimentos viscosos . Los intercambiadores de calor tubulares se adoptan para operaciones a presiones y caudales más altos. Estos intercambiadores no son muy flexibles para soportar la alteración de la capacidad de producción, y su uso se limita solo a alimentos de baja viscosidad. Los intercambiadores de placas, por otro lado, superan estos problemas. Sin embargo, los requisitos frecuentes de limpieza y esterilización han hecho que este intercambiador sea menos popular en las industrias alimentarias .

Congelación

La congelación ralentiza las reacciones fisioquímicas y bioquímicas al formar hielo del agua por debajo de la temperatura de congelación y, por lo tanto, inhibe el crecimiento de microorganismos patógenos y deteriorantes en los alimentos . Reduce la cantidad de agua líquida en los alimentos y disminuye la actividad del agua . La transferencia de calor durante la congelación de un alimento implica una situación compleja de transición de fase simultánea y alteración de las propiedades térmicas . La nucleación y el crecimiento son dos procesos secuenciales básicos de congelación. La nucleación significa la formación de cristal de hielo, que es seguida por un proceso de «crecimiento» que indica el aumento posterior en el tamaño del cristal .

Tiempo de congelación El tiempo de congelación se define como el tiempo necesario para bajar la temperatura inicial de un producto a una temperatura dada en su centro térmico. En general, la congelación lenta de los tejidos de los alimentos resulta en la formación de cristales de hielo más grandes en los espacios extracelulares, mientras que la congelación rápida produce pequeños cristales de hielo distribuidos por todo el tejido . El Instituto Internacional de Refrigeración (1986) define varios factores de tiempo de congelación en relación con los productos alimenticios y el equipo de congelación. Las dimensiones y formas del producto, la temperatura inicial y final, la temperatura del medio de refrigeración, el coeficiente de transferencia de calor de la superficie del producto y el cambio en la entalpía y la conductividad térmica del producto son los factores más importantes entre ellos .

Congelación rápida individual La congelación rápida individual (IQF) generalmente se refiere a la congelación rápida de alimentos sólidos como guisantes verdes, frijoles cortados, trozos de coliflor, camarones, trozos de carne y pescado. Por otro lado, la congelación relacionada con productos líquidos, pulposos o semilíquidos, como jugos de frutas, pulpa de mango y pulpa de papaya, se conoce como congelación rápida. Los cristales de hielo formados por congelación rápida son mucho más pequeños y, por lo tanto, causan menos daño a la estructura celular o a la textura de los alimentos. Un período de congelación más corto impide la difusión de sales y evita la descomposición de los alimentos durante la congelación. IQF también permite una mayor capacidad para las plantas de congelación comerciales con la reducción de costos resultante. Sin embargo, se requiere una mayor inversión para establecer una planta de congelación rápida . Para procesar alimentos se utilizan diferentes técnicas de congelación rápida, como la congelación de placas de contacto, la congelación por chorro de aire y la congelación criogénica. La comparación entre las diferentes técnicas de congelación rápida de productos de la pesca se presenta en el cuadro 10.

Refrigeración

En el proceso de refrigeración, la temperatura de los alimentos se mantiene entre -1 y 8 °C. El proceso de enfriamiento reduce la temperatura inicial de los productos y mantiene la temperatura final de los productos durante un período prolongado de tiempo . Se utiliza para reducir la tasa de cambios bioquímicos y microbiológicos y también para prolongar la vida útil de los alimentos frescos y procesados . En la práctica, el proceso de congelación a menudo se refiere a enfriamiento, cuando el enfriamiento se realiza a <15 °C. La congelación parcial se aplica para prolongar la vida útil de los alimentos frescos en las industrias alimentarias modernas. Este proceso reduce la formación de hielo en los alimentos, conocido como súper enfriamiento .

El enfriamiento se puede hacer utilizando varios equipos, como enfriador de aire continuo, enfriador de banco de hielo, intercambiador de calor de placas, intercambiador de calor con camisa, sistema de implementación de hielo, sistema de atribución de vacío y cámara criogénica . La velocidad de enfriamiento depende principalmente de la conductividad térmica, la temperatura inicial de los alimentos, la densidad, el contenido de humedad, la presencia o ausencia de una tapa en el recipiente de almacenamiento de alimentos, la presencia de bolsas de plástico como equipo de envasado de alimentos y el tamaño y peso de las unidades de alimentos . En el cuadro 11 se describen varios métodos para refrigerar alimentos sólidos y líquidos.

Ventajas y desventajas de la refrigeración El almacenamiento de refrigeración se utiliza ampliamente por su competencia efectiva de conservación a corto plazo. La refrigeración retrasa el crecimiento de microorganismos y evita las actividades metabólicas posteriores a la cosecha de tejidos vegetales intactos y las actividades metabólicas posteriores al sacrificio de tejidos animales. También impide las reacciones químicas deteriorantes, que incluyen el oscurecimiento oxidativo catalizado por enzimas, la oxidación de lípidos y los cambios químicos asociados con la degradación del color. También ralentiza la autólisis de los peces, causa la pérdida de valor nutritivo de los alimentos y, finalmente, descarta la pérdida de humedad . La refrigeración requiere un alto consumo de capital, ya que este proceso requiere equipos especializados y modificaciones estructurales. El enfriamiento puede reducir el sabor crujiente de los alimentos seleccionados . El proceso de enfriamiento también deshidrata las superficies de los alimentos sin envolver, lo que es una limitación importante del proceso de enfriamiento .

Irradiación

La irradiación es un proceso físico en el que una sustancia sufre una dosis definida de radiación ionizante (IR) . La IR puede ser natural y artificial. El IR natural generalmente incluye rayos X, rayos gamma y radiación ultravioleta de alta energía (UV); el IR generado artificialmente es electrones acelerados y radiación secundaria inducida . La IR se utiliza en 40 países diferentes en más de 60 alimentos diferentes . Los efectos de la RI incluyen: (a) desinfestación de granos, frutas y hortalizas, (b) mejora de la vida útil de frutas y hortalizas mediante la inhibición de la germinación o la alteración de su velocidad de maduración y senescencia, y (c) mejora de la vida útil de los alimentos mediante la inactivación de organismos deteriorados y mejora de la seguridad de los alimentos mediante la inactivación de patógenos transmitidos por los alimentos . En el cuadro 12 se enumeran diferentes factores de las técnicas de irradiación de alimentos.

Límites reglamentarios de irradiación La dosis de IR administrada a los alimentos se mide en kilos grises (kGy). 1 gris es equivalente a la dosis de energía ionizante absorbida por 1 kg de material irradiado. Los límites reglamentarios de las RI son establecidos por los órganos legislativos. Dependiendo de la autoridad reguladora, estos límites pueden expresarse como dosis mínima, dosis máxima o intervalo de dosis aprobado . El cuadro 13 presenta diferentes límites reglamentarios para las aplicaciones de irradiación de alimentos.

Efectos de la irradiación Los parámetros nutricionales, como los lípidos, los carbohidratos, las proteínas, los minerales y la mayoría de las vitaminas, no se ven afectados por la IR incluso a dosis altas . En una dosis alta, la RI puede causar la pérdida de algunos micronutrientes, en particular las vitaminas A, B1, C y E. Según la FDA, la RI tiene efectos sobre el valor nutritivo de los alimentos que es similar a los de las técnicas convencionales de procesamiento de alimentos .

Preservación de alimentos a alta presión

La tecnología de procesamiento de alta presión hidrostática o ultra alta presión (HPP) implica la atribución de presión de hasta 900 MPa para matar microorganismos en los alimentos. Este proceso también inactiva el deterioro de los alimentos, retrasa la aparición de procesos deteriorantes químicos y enzimáticos y conserva las importantes características físicas y fisicoquímicas de los alimentos. El HHP tiene el potencial de servir como un importante método de conservación sin degradar vitaminas, sabores y moléculas de color durante el proceso . Frescura y sabor mejorado con alto valor nutricional son las características inigualables de la tecnología HPP. Este proceso también es respetuoso con el medio ambiente, ya que el consumo de energía es muy bajo y se requieren efluentes mínimos para descargar . El principal inconveniente de esta tecnología es el alto costo de capital. Además, la información limitada y el escepticismo sobre esta tecnología también limitan la amplia aplicación de los procesos de HPP .

Mecanismo y principio de funcionamiento El proceso HP sigue el principio isostático y el principio de Le Chatelier . De acuerdo con el principio de Le Chatelier, los fenómenos bioquímicos y fisicoquímicos en equilibrio están acompañados por el cambio en el volumen y, por lo tanto, influenciados por la presión. Independientemente de la forma, el tamaño o la geometría de los productos, el principio isostático se basa en la transmitancia de presión instantánea y uniforme en todos los sistemas alimentarios . Los procesos de HP afectan a todas las reacciones y cambios estructurales cuando se trata de un cambio de volumen. El efecto combinado de la descomposición y la permeabilización de la membrana celular mata o inhibe el crecimiento de microorganismos. Las células vegetativas se inactivan a una presión de 3000 bar (aproximadamente) a temperatura ambiente, mientras que la inactivación de esporas requiere una presión mucho mayor en combinación con el aumento de temperatura de 60 °C a 70 °C. El nivel de humedad es extremadamente importante en este contexto, ya que se nota poco efecto por debajo del contenido de humedad del 40%. El procesamiento de contenedores y el procesamiento a granel son dos métodos para conservar alimentos a alta presión. La Tabla 14 presenta las ventajas y limitaciones del procesamiento en contenedores y a granel de alimentos a alta presión.

Campo eléctrico pulsado

El procesamiento de alimentos con campo eléctrico pulsado (PEF) se define como una técnica en la que los alimentos se colocan entre dos electrodos y se exponen a un campo pulsado de alta tensión (20-40 kV/cm). En general, el tiempo de tratamiento de PEF es inferior a un segundo . La baja temperatura de procesamiento y el corto tiempo de residencia de este proceso permiten una inactivación altamente efectiva de los microorganismos . El procesamiento de HAP es muy eficaz para destruir las bacterias gram-negativas que las bacterias gram-positivas. Las células vegetativas son mucho más sensibles a este proceso que las esporas. Todas las muertes celulares ocurren debido a la interrupción de la función de la membrana celular y la electroporación . La tecnología PEF retiene el sabor, el sabor y el color de los alimentos. Además, esta técnica no es tóxica . Sin embargo, este proceso no tiene ningún impacto en las enzimas y esporas. Tampoco es adecuado para materiales conductores y solo es efectivo para tratar alimentos líquidos. Este proceso es extensivo a la energía y puede presentar riesgos ambientales .

Conservación de alimentos líquidos Los procesos de conservación de alimentos no térmicos, como HPP y HAP, son más eficaces que el procesamiento térmico . La inactivación microbiana lograda por la HAP depende principalmente de la intensidad del campo eléctrico (20-40 kV/cm) y del número de pulsos producidos durante el procesamiento . Se ha comprobado que la mayoría de los microorganismos patógenos y deteriorados son sensibles a la HAP. Sin embargo, se observa que el tratamiento de células vegetales o animales requiere una gran intensidad de campo y un mayor aporte de energía, lo que aumenta el costo de procesamiento. Además, este tipo de fuerza de campo puede destruir la estructura de los alimentos sólidos. Por lo tanto, el PEF es más favorable para preservar los alimentos líquidos. La inactivación microbiana por PEF se ha encontrado eficaz para jugos de frutas o verduras, leche, huevo líquido y caldo de nutrientes .

Parámetros de procesamiento Los diferentes tipos de alimentos se procesan utilizando el proceso de HAP. En el cuadro 15 se enumeran los parámetros de transformación de los diferentes alimentos tratados con HAP.

Proceso biológico: fermentación

El método de fermentación utiliza microorganismos para conservar los alimentos. Este método consiste en la descomposición de carbohidratos con la acción de microorganismos y / o enzimas . Las bacterias, levaduras y mohos son los grupos más comunes de microorganismos involucrados en la fermentación de una amplia gama de alimentos, como productos lácteos, alimentos a base de cereales y productos cárnicos . La fermentación mejora el valor nutricional, la salud y la digestibilidad de los alimentos. Esta es una alternativa saludable de muchos conservantes químicos tóxicos .

Clasificación de la fermentación La fermentación puede ser espontánea o inducida. Hay diferentes tipos de fermentación utilizados en el procesamiento de alimentos. Los mecanismos de diferentes técnicas de fermentación de alimentos se discuten brevemente a continuación:

La fermentación alcohólica es el resultado de la acción de la levadura sobre el azúcar simple llamado ‘hexosa’ que lo convierte en alcohol y dióxido de carbono. La calidad de los productos fermentados depende de la presencia de alcohol. En este proceso, el aire se excluye del producto para evitar la acción de microorganismos aeróbicos, como el acetobacter. Este proceso garantiza una mayor vida útil de los productos. La siguiente ecuación muestra el alcohol de la fermentación por la conversión de la hexosa

La fermentación de vinagre tiene lugar después de la fermentación de alcohol. Acetobacter convierte el alcohol en ácido acético en presencia de exceso de oxígeno . Bajo este método, los productos alimenticios se conservan como encurtidos, condimentos, etc. . El vinagre de fermentación resultados en ácido acético y agua por oxidación del alcohol.

La fermentación de ácido láctico tiene lugar debido a la presencia de dos tipos de bacterias: homofermentadores y heterofermentadores. Los homofermentadores producen principalmente ácido láctico, a través de la vía glucolítica (vía Embden–Meyerhof). Los heterofermentadores producen ácido láctico más cantidades apreciables de etanol, acetato y dióxido de carbono, a través de la vía de la 6-fosfogluconato/fosfocetolasa .

Homolactic la fermentación La fermentación de 1 mol de glucosa produce dos moles de ácido láctico

Heterolactic la fermentación La fermentación de 1 mol de glucosa produce 1 mol de cada uno de ácido láctico, etanol y dióxido de carbono