Pascalización

La pascalización, bridgmanización, procesamiento a alta presión (HPP) o procesamiento a alta presión hidrostática (HHP) es un método de conservación y esterilización de alimentos, en el que un producto se procesa a muy alta presión, lo que lleva a la inactivación de ciertos microorganismos y enzimas en los alimentos.. HPP tiene un efecto limitado sobre los enlaces covalentes dentro del producto alimenticio, manteniendo así los aspectos sensoriales y nutricionales del producto.La técnica lleva el nombre de Blaise Pascal, un científico francés del siglo XVII cuyo trabajo incluía detallar los efectos de la presión sobre los fluidos. Durante la pascalización, se pueden aplicar más de 50 000 libras por pulgada cuadrada (340 MPa, 3,4 kbar) durante unos quince minutos, lo que lleva a la inactivación de levaduras, mohos y bacterias. La pascalización también se conoce como bridgmanización, llamada así por el físico Percy Williams Bridgman.

Usos

Los microorganismos de deterioro y algunas enzimas pueden ser desactivados por HPP, lo que puede prolongar la vida útil al mismo tiempo que conserva las características sensoriales y nutricionales del producto. Los microorganismos patógenos como Listeria, E. coli, Salmonella y Vibrio también son sensibles a presiones de 400-1000 MPa utilizadas durante HPP. Por lo tanto, HPP puede pasteurizar productos alimenticios con menor tiempo de procesamiento, menor uso de energía y menos desperdicio.

El tratamiento se produce a bajas temperaturas y no incluye el uso de aditivos alimentarios. Desde 1990, algunos jugos, jaleas y mermeladas se conservan mediante pascalización en Japón. La técnica ahora también se usa allí para conservar pescados y carnes, aderezos para ensaladas, pasteles de arroz y yogures. Además, conserva frutas, batidos de verduras y otros productos como carne para la venta en Reino Unido.

Uno de los primeros usos de la pascalización en los Estados Unidos fue para tratar el guacamole. No cambió el sabor, la textura o el color de la salsa, pero la vida útil del producto aumentó a treinta días, de tres días antes del tratamiento. Sin embargo, algunos alimentos tratados aún requieren almacenamiento en frío porque la pascalización obviamente no puede destruir todas las proteínas, algunas de las cuales exhiben actividad enzimática que afecta la vida útil.

En los últimos años, HPP también se ha utilizado en el procesamiento de alimentos crudos para mascotas. La mayoría de las dietas crudas congeladas y liofilizadas comerciales ahora pasan por un tratamiento HPP posterior al empaque para destruir posibles contaminantes bacterianos y virales, siendo la salmonella una de las principales preocupaciones.

Historia

Finales de 1800

Los experimentos sobre los efectos de la presión sobre los microorganismos se registraron ya en 1884 y los experimentos exitosos desde 1897. En 1899, BH Hite fue el primero en demostrar de manera concluyente la inactivación de los microorganismos por presión. Después de informar sobre los efectos de la alta presión sobre los microorganismos, siguieron rápidamente informes sobre los efectos de la presión sobre los alimentos. Hite trató de evitar que la leche se pudriera y su trabajo demostró que los microorganismos pueden desactivarse al someterla a alta presión. También mencionó algunas ventajas del tratamiento a presión de los alimentos, como la ausencia de antisépticos y la ausencia de cambios en el sabor.

Hite dijo que, desde 1897, un químico de la Estación Experimental Agrícola de Virginia Occidental había estado estudiando la relación entre la presión y la conservación de carnes, jugos y leche. Los primeros experimentos consistían en insertar un tornillo grande en un cilindro y mantenerlo allí durante varios días, pero esto no tuvo ningún efecto para evitar que la leche se echara a perder. Más tarde, un aparato más poderoso pudo someter la leche a presiones más altas, y se informó que la leche tratada se mantuvo más dulce durante 24 a 60 horas más que la leche no tratada. Cuando se aplicaron 90 toneladas cortas (82 t) de presión a las muestras de leche durante una hora, permanecieron dulces durante una semana. Desafortunadamente, el dispositivo utilizado para inducir presión se dañó más tarde cuando los investigadores intentaron probar sus efectos en otros productos.

También se realizaron experimentos con ántrax, fiebre tifoidea y tuberculosis, que era un riesgo potencial para la salud de los investigadores. De hecho, antes de que se mejorara el proceso, un empleado de la Estación Experimental enfermó de fiebre tifoidea.

El proceso sobre el que Hite informó no era factible para un uso generalizado y no siempre esterilizaba completamente la leche. Si bien siguieron investigaciones más extensas, el estudio original sobre la leche se suspendió en gran medida debido a preocupaciones sobre su eficacia. Hite mencionó "ciertos cambios lentos en la leche" relacionados con "enzimas que la presión no pudo destruir".

Principios de 1900

Hite et al. publicó un informe más detallado sobre la esterilización a presión en 1914, que incluía la cantidad de microorganismos que permanecían en un producto después del tratamiento. Se realizaron experimentos con varios otros alimentos, incluidas frutas, jugos de frutas y algunas verduras. Se encontraron con un éxito mixto, similar a los resultados obtenidos de las pruebas anteriores en la leche. Si bien algunos alimentos se conservaron, otros no, posiblemente debido a las esporas bacterianas que no habían sido eliminadas.

La investigación de Hite de 1914 condujo a otros estudios sobre el efecto de la presión sobre los microorganismos. En 1918, un estudio publicado por WP Larson et al. estaba destinado a ayudar a avanzar en las vacunas. Este informe mostró que las esporas bacterianas no siempre se inactivaban con la presión, mientras que las bacterias vegetativas generalmente se eliminaban. La investigación de Larson et al. también se centró en el uso de presiones de gas de dióxido de carbono, hidrógeno y nitrógeno. Se descubrió que el dióxido de carbono es el más efectivo de los tres para inactivar microorganismos.

Finales de 1900-hoy

Alrededor de 1970, los investigadores renovaron sus esfuerzos en el estudio de las esporas bacterianas después de que se descubrió que el uso de presiones moderadas era más efectivo que el uso de presiones más altas. Estas esporas, que provocaron una falta de conservación en los experimentos anteriores, se inactivaron más rápido con una presión moderada, pero de forma diferente a como ocurría con los microbios vegetativos. Cuando se someten a presiones moderadas, las esporas bacterianas germinan y las esporas resultantes se eliminan fácilmente mediante presión, calor o radiación ionizante. Si se aumenta la cantidad de presión inicial, las condiciones no son ideales para la germinación, por lo que se deben matar las esporas originales. Sin embargo, usar una presión moderada no siempre funciona, ya que algunas esporas bacterianas son más resistentes a la germinación bajo presión.y una pequeña porción de ellos sobrevivirá. Todavía no se ha logrado de forma fiable un método de conservación que utilice tanto la presión como otro tratamiento (como el calor) para matar las esporas. Tal técnica permitiría un uso más amplio de la presión sobre los alimentos y otros avances potenciales en la conservación de alimentos.

La investigación sobre los efectos de las altas presiones en los microorganismos se centró en gran medida en los organismos de aguas profundas hasta la década de 1980, cuando se realizaron avances en el procesamiento de cerámica. Esto resultó en la producción de maquinaria que permitía procesar alimentos a altas presiones a gran escala y generó cierto interés en la técnica, especialmente en Japón. Aunque los productos comerciales preservados por pascalización surgieron por primera vez en 1990, la tecnología detrás de la pascalización aún se está perfeccionando para un uso generalizado. Ahora hay una mayor demanda de productos mínimamente procesados ​​que en años anteriores, y los productos conservados por pascalización han tenido éxito comercial a pesar de tener un precio significativamente más alto que los productos tratados con métodos estándar.

A principios del siglo XXI, se descubrió que la pascalización puede separar la carne de los mariscos de sus caparazones. Las langostas, los camarones, los cangrejos, etc. pueden pascalizarse, y luego su carne cruda se deslizará simple y fácilmente fuera del caparazón agrietado.

Proceso

En la pascalización, los productos alimenticios se sellan y se colocan en un compartimento de acero que contiene un líquido, a menudo agua, y se usan bombas para crear presión. Las bombas pueden aplicar presión constante o intermitentemente. La aplicación de altas presiones hidrostáticas (HHP) en un producto alimenticio matará muchos microorganismos, pero las esporas no se destruyen. La pascalización funciona especialmente bien en alimentos ácidos, como yogures y frutas, porque las esporas tolerantes a la presión no pueden vivir en ambientes con niveles bajos de pH. El tratamiento funciona igualmente bien tanto para productos sólidos como líquidos.

Los investigadores también están desarrollando un método "continuo" de procesamiento a alta presión para conservar alimentos líquidos. La tecnología se conoce como tecnología ultra-shear (UST) u homogeneización a alta presión.Esto implica la presurización de alimentos líquidos hasta 400 MPa y la posterior despresurización mediante el paso a través de una pequeña holgura en una válvula de corte. Cuando el fluido sale de la válvula de corte, debido a la diferencia de presión significativa a través de la válvula, la energía de presión se convierte en energía cinética. Esta energía cinética se disipa como energía térmica para elevar la temperatura del fluido y como pérdida de calor hacia los alrededores. La energía cinética restante se gasta en modificaciones físicas y estructurales de la muestra (mezcla, emulsificación, dispersión, tamaño de partícula, reducción de enzimas y microbios) a través de fuerzas mecánicas intensas, como cizallamiento, turbulencia o cavitación. Por lo tanto, dependiendo de la temperatura inicial del producto y la presión del proceso,

Las esporas bacterianas sobreviven al tratamiento a presión en condiciones ambientales o de refrigeración. Los investigadores informaron que la presión en combinación con el calor es eficaz en la inactivación de las esporas bacterianas. El proceso se denomina esterilización térmica asistida por presión. En 2009 y 2015, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) emitió cartas de no objeción para dos solicitudes industriales de procesamiento térmico asistido por presión. En este momento, no hay productos comerciales de baja acidez tratados con PATP disponibles en el mercado.

Durante la pascalización, los enlaces de hidrógeno de los alimentos se interrumpen selectivamente. Debido a que la pascalización no se basa en el calor, los enlaces covalentes no se ven afectados y no provocan cambios en el sabor de la comida. Esto significa que HPP no destruye las vitaminas, manteniendo el valor nutricional de los alimentos. La presión hidrostática alta puede afectar los tejidos musculares al aumentar la tasa de oxidación de lípidos, lo que a su vez conduce a un mal sabor y una disminución de los beneficios para la salud. Además, hay algunos compuestos presentes en los alimentos que están sujetos a cambios durante el proceso de tratamiento. Por ejemplo, los carbohidratos se gelatinizan por un aumento de la presión en lugar de aumentar la temperatura durante el proceso de tratamiento.

Debido a que la presión hidrostática puede actuar de manera rápida y uniforme sobre los alimentos, ni el tamaño del envase de un producto ni su grosor juegan un papel en la efectividad de la pascalización. Hay varios efectos secundarios del proceso, incluido un ligero aumento en la dulzura de un producto, pero la pascalización no afecta en gran medida el valor nutricional, el sabor, la textura y la apariencia. Como resultado, el tratamiento de alta presión de los alimentos se considera un método de conservación "natural", ya que no utiliza conservantes químicos.

Crítica

Anurag Sharma, geoquímico; James Scott, microbiólogo; y otros en la Institución Carnegie de Washington observaron directamente la actividad microbiana a presiones superiores a 1 gigapascal. Los experimentos se realizaron a una presión de hasta 1,6 GPa (232 000 psi), que es más de 16 000 veces la presión normal del aire, o aproximadamente 14 veces la presión en la fosa oceánica más profunda.

El experimento comenzó depositando una película de Escherichia coli y Shewanella oneidensis en una Diamond Anvil Cell (DAC). Luego se elevó la presión a 1,6 GPa. Cuando se elevó a esta presión y se mantuvo allí durante 30 horas, sobrevivió al menos el 1% de las bacterias. Luego, los experimentadores monitorearon el metabolismo de los formiatos usando espectroscopia Raman in situ y demostraron que el metabolismo de los formiatos continuaba en la muestra bacteriana.

Además, 1,6 GPa es una presión tan grande que durante el experimento el DAC convirtió la solución en hielo-VI, un hielo a temperatura ambiente. Cuando las bacterias descomponen el formiato en el hielo, se forman bolsas de líquido debido a la reacción química.

Hubo cierto escepticismo sobre este experimento. Según Art Yayanos, oceanógrafo del Instituto Scripps de Oceanografía, un organismo solo debe considerarse vivo si puede reproducirse. Otro problema con el experimento DAC es que cuando ocurren altas presiones, generalmente también hay altas temperaturas, pero en este experimento no las hubo. Este experimento se realizó a temperatura ambiente. Sin embargo, la falta intencional de alta temperatura en los experimentos aisló los efectos reales de la presión sobre la vida y los resultados indicaron claramente que la vida es en gran parte insensible a la presión.

Los resultados más recientes de grupos de investigación independientes han confirmado los resultados de Sharma et al. (2002). Este es un paso significativo que reitera la necesidad de un nuevo enfoque al viejo problema de estudiar los extremos ambientales a través de experimentos. Prácticamente no hay debate sobre si la vida microbiana puede sobrevivir a presiones de hasta 600 MPa, lo que se ha demostrado durante la última década a través de una serie de publicaciones dispersas.

Aceptación del consumidor

En los estudios de consumidores de HighTech Europe, los consumidores mencionaron más asociaciones positivas que negativas para esta tecnología, lo que demuestra que estos productos son bien aceptados.