Libro de la Jornada Irradiación de alimentos y otros productos by Fundación Genes y Gentes

IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS Y OTROS PRODUCTOS: SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS

ACTAS DE LA IV JORNADA SOBRE «IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS Y OTROS PRODUCTOS» Declarada de «interés Sanitario» por el Gobierno de Aragón

Programa «Genética, Medio Ambiente y Sociedad» FUNDACIÓN GENES Y GENTES www.fundaciongenesygentes.es ORGANIZADA POR:

PATROCINADA POR

ZARAGOZA, 2007

SUMARIO

Prólogo Prof. Dr. Isaías Zarazaga ....................................................................................................5 La irradiación de alimentos: situación actual y perspectivas de futuro Prof. Santiago Condón........................................................................................................9 Fundamentos biológicos de la conservación de los alimentos por radiaciones ionizantes Prof. Ignacio Álvarez ....................................................................................................... 25 Aplicaciones de las radiaciones ionizantes en la industria agroalimentaria Prof. Ramón Cava .............................................................................................................39 Higienización de alimentos listos para su consumo (rte) mediante radiaciones ionizantes Prof. Juan A. Ordóñez ......................................................................................................55 Tecnología de ionización con electrones de alta energía: Aplicaciones en la industria agroalimentaria Dña. Olga Melero Morales y Dr. Rafael Pagán Tomás ............................................... 75

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

PRÓLOGO La Fundación Genes y Gentes, organizadora de la Jornada, señalaba en la convocatoria, —siguiendo el criterio de una buena parte de expertos— que la irradiación de los alimentos, constituye una tecnología segura para reducir los riesgos de contaminación por agentes biológicos que pueden ser el origen de graves toxiinfecciones alimentarias. Efectivamente, su aplicación puede resultar de utilidad en diversas fases de la cadena alimentaria, tales como la producción, transporte, procesado y preparación de los alimentos. Los especialistas en la materia, la consideran hoy día como una tecnología complementaria a otros métodos de conservación que, además de garantizar la salubridad de los alimentos, puede alargar eficazmente su «vida útil». La irradiación, al parecer, podría solucionar algunos de los graves problemas que, en relación a la calidad y seguridad de los alimentos tiene planteados en la actualidad la Tecnología de los Alimentos, pero para su efectiva implantación es necesario reflexionar sobre sus posibles riesgos e informar adecuadamente a los consumidores. Esta tecnología que garantiza la seguridad alimentaria, se viene estudiando por los expertos desde hace tiempo y es apoyada por importantes Organismos Internacionales (Organización Mundial de la Salud (OMS), Organización para la Alimentación y la Agricultura (FAO) y Organización Internacional de Energía Atómica (IAEA), entre otras).Sin embargo, algunos matices, necesitan una más profunda investigación. Son las luces y sombras de todo progreso tecnológico. Es el reto de la ciencia con conciencia. Se subrayaba también que con esta Jornada se pretende, -dar a conocer las cualidades y limitaciones de las radiaciones ionizantes como alternativa a los métodos de conservación e higienización de los alimentos. Se sabe que la proliferación de vías de comercio hasta ahora desconocidas, la importación de productos foráneos y la extensión de la distribución de productos alimentarios de toda clase, es un problema de creciente preocupación para las autoridades de la salud pública, y que puede reducirse o eliminarse con el empleo de esta metodología de seguridad. - resumir las bases biológicas de los procesos de conservación de alimentos por irradiación e informar de los últimos avances. - exponer lasa aplicaciones actuales y discutir los posibles usos futuros de la irradiación, así como las dosis más adecuadas. - mostrar los procedimientos más adecuados para el cálculo y ajuste de los tratamientos de irradiación, basándose en los nuevos conceptos de calidad y seguridad alimentaria. 5

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- describir la estructura y funcionamiento de una planta de irradiación convencional y su adecuación para el procesado de alimentos. - reflexionar y debatir con el público interesado, acerca de las implicaciones sanitarias, económicas, culturales, etc. que conllevaría el uso generalizado de esta tecnología. En la convocatoria de la Jornada se decía, asimismo, que si «se tiene en cuenta que posteriormente se elaborará una publicación especializada junto a un capítulo on line en al página web de la Fundación», se invita a una campaña permanente de conocimiento, atención y debate de «pros y contras» de estas tecnologías al servicio del ciudadano, en el complejo mundo de la seguridad alimentaria. Ello entra dentro de los perfiles que se propone la Universidad, la Fundación y las Entidades co-patrocinadoras. Frutos de esa tarea, es en primer lugar este libro que el lector tiene en sus manos y la invitación a una renovada pesquisa de nuevos horizontes ante nuevos problemas en este campo. A ello tendemos. Un detalle importante que subraya el interés de la Jornada, fue el número de asistentes, —más de doscientos en la mañana de un sábado—, (véase el reportaje fotográfico). Ello exigió la necesidad de trasladar las sesiones al Salón de Actos de la Facultad, junto al de Grados. Una última nota. Esta es la cuarta publicación de la primera serie de Jornadas del Programa «Genética, Medio ambiente y Sociedad» de la Fundación Genes y Gentes. Ya se ha organizado la segunda serie del Programa y dada la importancia del problema de los residuos en esta complejidad global en que vivimos, se ha convocado la Jornada «Residuos en suelo y agua». Se dice que el mejor valor de una Fundación es la credibilidad, después de la oportunidad y originalidad. Este continuado esfuerzo en presentar y debatir estos asuntos de interés para toda la sociedad, presta la garantía de la adecuación a esa oportunidad y originalidad, que conquista diariamente la credibilidad de una Institución. Gracias a quienes creen en nuestro empeño y en nuestro esfuerzo por conseguir día a día estas metas. En el obligado capítulo de agradecimientos, hemos de hacerlo muy cordialmente a la presidencia durante la primera parte del Ilmo. Sr. Decano de la Facultad de Medicina Prof. Dr. Don Arturo Vera Gil, que abrió la sesión, junto al representante del Gobierno de Aragón, Don Javier Gracia Sorrosal, Jefe de Servicio del Departamento de Medio Ambiente. En la segunda parte y clausura ocupó la presidencia, la Prof. Dra. Doña Mercedes Diez, Patrona de la Fundación y el Sr. Presidente del Consejo Social de la Universidad de Zaragoza y Miembro de la Real Academia de Ciencias de Zaragoza Ilmo. Sr. Dr. Don José Luis Marqués, quienes dirigieron el coloquio y expresaron su agradecimiento a los expertos y asistentes al clausurar la Jornada. Prof. Dr. Isaías Zarazaga Presidente 6

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

JORNADA SOBRE IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS Y OTROS PRODUCTOS: SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS IV Jornada del programa «Genética, Medio Ambiente y Sociedad» FUNDACIÓN GENES Y GENTES Coordinador: Dr. S. Condón. Catedrático de Tecnología de los Alimentos. Universidad de Zaragoza.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

LA IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS: SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS DE FUTURO Prof. S. Condón. Dept. Producción Animal y Ciencia de los Alimentos. Facultad de Veterinaria. Universidad de Zaragoza. C/Miguel Servet 177, 50.013- Zaragoza. E-mail:scondon@unizar.es 1.- Objetivos de los procesos de conservación e higienización de los alimentos. 2.- Agentes de alteración de los alimentos. 3.- Estrategias de conservación e higienización de los alimentos. 3.1.- Tecnologías basadas en la inactivación microbiana y enzimática. 4.- La irradiación de alimentos. 4.1.- Evolución histórica. 4.2.- Situación actual y perspectivas de futuro. 5.- Bibliografía.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

1.- Objetivos de los procesos de conservación e higienización de los alimentos

- Prolongar la vida útil de los alimentos, lo que permitirá garantizar un suministro constante a lo largo de todo el año y su transporte desde las zonas de producción a las de consumo. - Garantizar la salubridad de los alimentos, y por tanto la salud de los consumidores. Los alimentos son una de las principales causas de enfermedad en la sociedad actual, incluso en los países desarrollados. De hecho, se estima que hoy en día uno de cada tres europeos y uno de cada cuatro estadounidenses sufre anualmente una toxiinfección alimentaria.

La conservación de los alimentos es una práctica que se remonta a los mismos orígenes de la humanidad, dado que desde siempre el hombre tuvo que conservar los alimentos para asegurar su supervivencia. La propia evolución del hombre como especie esta ligada a sus hábitos alimentarios y, a su vez, el desarrollo intelectual y tecnológico de la humanidad dio lugar a una evolución de las técnicas de conservación de los alimentos. La conservación de los alimentos, o más genéricamente la Tecnología Alimentaria, es por ello un área del cono-

La vida útil de los alimentos en condiciones ambientales es generalmente muy corta, de unos pocos días, con la notable excepción de los cereales que pueden conservarse al ambiente durante años. El final de la vida útil viene marcado por la perdida de alguno de los parámetros de calidad, que podríamos resumir en: perdida de las características sensoriales, como el color, el sabor, la textura, etc; pérdida de las propiedades funcionales, tales como la capacidad gelificante, emulsionante, etc; perdida de componentes de elevado valor nutritivo, tales como vitaminas, ácidos grasos esenciales etc; o perdida de la calidad microbiológica, por proliferación de diversas especies microbianas hasta niveles peligrosos para la salud del consumidor.

Fig. 1.1.- La irradiación: ¿Una nueva tecnología para la conservación e higienización de los alimentos?

cimiento en permanente evolución cuyo objeto es suministrar al consumidor alimentos cada vez más nutritivos, apetecibles, saludables y baratos.

2.- Agentes de alteración de los alimentos La alteración de los alimentos puede ser debida a diversos agentes que podríamos clasificar genéricamente en:

Los objetivos de los métodos de conservación son:

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tales como la lisina, y por tanto del valor nutritivo del alimento. Por su parte, el oxígeno atmosférico puede reaccionar con los ácidos grasos insaturados que forman parte de muchos alimentos dando lugar a la aparición de polímeros oscuros y compuestos volátiles, como aldehídos y cetonas, que identificamos con la rancidez. Fig. 1.2.- Los desórdenes fisiológicos son una importante causa de alteración de frutas y hortalizas.

Los agentes biológicos son los principales causantes de la alteración de los alimentos. Los insectos, pájaros etc, son responsables de enormes perdidas de alimentos, especialmente en los países subdesarrollados. Su actividad tiene especial impacto en los cereales en los que constituye uno de los principales problemas para su conservación.

-Agentes físicos. -Agentes químicos. -Agentes biológicos: -Insectos, pájaros, roedores, etc. -Procesos metabólicos diversos. -Enzimas endógenos. -Microorganismos.

Una diferencia no siempre suficientemente valorada entre los alimentos de origen animal y vegetal es que mientras en los primeros cesa su actividad fisiológica/metabólica tras el sacrificio; en los segundos, tras la recolección, esta actividad se mantiene durante períodos de tiempo prolongados. Como tras la recolección fallan muchos de los sistemas de control metabólico, durante el almacenamiento posterior pueden producirse modificaciones, fisiológicas o no, que conducen a la alteración de estos alimentos.

Los agentes de alteración físicos incluyen esencialmente al maltrato de los alimentos que conducen a la rotura de algunas de sus estructuras. Así, los golpes producen la alteración superficial de las frutas que conducen a su devaluación económica y, lo que es más importante, a una aceleración del deterioro causado por otros agentes de alteración. Las reacciones químicas que conducen a la alteración de los alimentos son varias, pero sin duda los pardeamientos no enzimáticos y la oxidación de los lípidos son las más frecuentes e importantes. De entre las primeras, la reacción de Maillard, la de mayor importancia, se debe a la reacción de los azúcares reductores y algunos aminoácidos básicos que conduce a la aparición de polímeros coloreados, alteraciones del aroma y sabor, y a la perdida de algunos aminoácidos esenciales,

Por otra parte, el metabolismo normal de los seres vivos incluye multitud de reacciones químicas mediadas por la acción de enzimas endógenos. Durante el desarrollo normal del ser vivo la actividad enzimática se regula por distintas vías bioquímicas o por barreras físicas, tales como su inclusión en estructuras especiales como los lisosomas. Tras el 12

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das por las células vegetativas cuando se enfrentan a situaciones adversas. Constan en esencia de un citoplasma condensado y deshidratado (el protoplasto) rodeado del cortex, constituido por una gruesa capa de un peptidoglicano especial que le confiere una extraordinaria resistencia mecánica, y unas envolturas externas responsables de su resistencia frente a diversos agentes químicos.

sacrificio o recolección estos sistemas de control se pierden y los enzimas de constitución comienzan a degradar los tejidos produciendo la alteración de los alimentos. Estos agentes de alteración son especialmente importantes en los productos de origen vegetal. Pese a la incidencia de los agentes antes mencionados, los microorganismos son la causa más frecuente de alteración de los alimentos y sin duda son los más importantes dado que, además de las pérdidas económicas que pueden producir, son causa frecuente de toxiinfecciones alimentarias, constituyendo un riesgo importante para la Salud Pública. Dentro de este amplio grupo se incluyen mohos y levaduras, parásitos diversos, virus y, sobre todo, células bacterianas. Las bacterias dada su diversidad genética, su extraordinaria capacidad de multiplicación, de adaptación al ambiente y de competencia con otros microorganismos son el grupo más frecuentemente involucrado en la alteración de los alimentos.

La capacidad de una determinada especie para colonizar un alimento depende de muy diversos factores, tanto dependientes del propio alimento -sus componentes, su contenido en agua, su potencial red-ox y su pH-, como de otros factores extrínsecos -temperatura y composición de la atmósfera de almacenamiento y proceso de elaboración-; por ello, y con fines prácticos, los microorganismos se clasifican por su capacidad para crecer en distintas condiciones ambientales.

Dentro de las bacterias podemos diferenciar por su constitución: las denominadas Gram-positivas, que se caracterizan por poseer una pared celular de peptidoglicano bien desarrollada que les confiere una cierta resistencia a las agresiones físicas, tales como el calor, la presión etc; y las denominadas Gram-negativas, cuya capa de peptidoglicano es débil, lo que les resta resistencia física, si bien poseen una envoltura externa adicional que les confiere resistencia frente a disolventes orgánicos, enzimas etc. Dentro de las Gram-positivas destaca la familia Bacillaceae, que incluye especies capaces de desarrollar esporos. Los esporos son estructuras especiales desarrolla-

Fig. 1.3.- Las envolturas celulares determinan la resistencia microbiana a las distintas tecnologías de conservación.

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La conservación e higienización de los alimentos puede conseguirse:

Con objeto de simplificar, y desde un punto de vista estrictamente tecnológico, los grupos microbianos de mayor interés se podrían resumir en: las enterobacterias, que incluyen especies aerobiasanaerobias facultativas y cuyo recuento constituye un índice de la calidad microbiológica del producto; el grupo de las pseudomonas que incluye microorganismos aerobios psicrotrofos y son la principal causa de alteración de los productos refrigerados; los esporoformadores, tanto aerobios (género Bacillus) como anaerobios (género Clostridium), que dada su extraordinaria resistencia frente al calor son la principal causa de alteración de los productos esterilizados; los estreptococos y estafilococos, aerobiosanaerobios facultativos, que presentan una relativamente elevada resistencia a diversos agentes físicos, como el calor, y son capaces de crecer en medios de actividad de agua reducida; y los que podríamos denominar genéricamente como lactobacilos, también aerobios-anaerobios facultativos, que englobarían especies acidotolerantes y por ello principales responsables de la alteración de muchos alimentos ácidos.

- Eliminando a los microorganismos que contaminan la materia prima - Reduciendo la actividad metabólica de los microorganismos y/o reduciendo la velocidad de reacciones enzimáticas y químicas diversas. - Destruyendo a los agentes de alteración. Existen distintas técnicas para separar a los microorganismos del medio de crecimiento, tales como la decantación, filtración y centrifugación, que se utilizan, por ejemplo, para descontaminación del agua de abastecimiento de los centros urbanos, la clarificación del vino y la cerveza, la descontaminación de la leche (bactofugación), la filtración de salmueras con tierra de diatomeas etc; sin embargo, aunque estas técnicas son ampliamente utilizadas en la industria farmacéutica, su aplicación a la industria alimentaria es limitada, dado que la mayoría de los alimentos contienen algunos componentes en suspensión de tamaño similar a los microorganismos, o son sólidos. Puesto que los alimentos se deterioran como consecuencia de la proliferación microbiana, de la actividad enzimática y del desarrollo de diversas reacciones químicas, reduciendo la velocidad de tales reacciones es posible prolongar la vida útil de los alimentos. Dentro de este grupo pueden incluirse los métodos que se relacionan a continuación y que, a su vez, pueden aplicarse mediante distintas tecnologías:

3.- Estrategias de conservación e higienización de los alimentos. El progresivo conocimiento de los agentes de alteración de los alimentos, así como de sus mecanismos de acción y su comportamiento frente a los diversos factores ambientales, ha permitido desarrollar en los últimos años diversas estrategias de conservación que constituyen el fundamento de la moderna Tecnología de los Alimentos.

- Descenso de la actividad de agua: deshidratación, adición de solutos 14

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- Descenso de la temperatura: refrigeración y congelación. - Descenso del potencial red-ox: envasado a vacío, atmósferas modificadas etc. - Descenso del pH: adición de acidificantes diversos, fermentaciones. - Adición de agentes bacteriostáticos. La mayoría de los procesos vitales requieren la presencia de agua para su desarrollo por lo que la reducción del contenido en agua de los alimentos ha constituido desde antiguo un método eficaz de conservación. El porcentaje en agua de un alimento no es en si mismo un buen indicador de su estabilidad, puesto que existen diferentes fracciones de agua con distinto grado de disponibilidad para el crecimiento microbiano y la actividad enzimática y química. A efectos de valorar la vida útil de un alimento se utiliza el concepto de actividad de agua (aw), que indica la proporción de agua libre que contiene el sistema y que es lógicamente máxima en el agua pura, a la que se atribuye un valor de 1.

Fig. 1.4.- Algunos alimentos se conservan mediante la adición de azúcar que reduce la cantidad de agua libre.

para S. aureus. Los mohos y levaduras pueden crecer incluso a actividades de agua de 0’65. Es preciso destacar que la disminución del contenido en agua del alimento puede enlentecer o incluso inhibir el crecimiento microbiano pero habitualmente no conduce a su inactivación; de hecho, se ha demostrado que algunos serotipos de Salmonella pueden conservarse viables incluso dos años en algunos alimentos deshidratados. La disminución de la actividad de agua de los alimentos puede conseguirse: bien retirando parte del agua de constitución mediante procesos tales como la deshidratación, evaporación, liofilización, etc (leche en polvo, café, etc); bien reteniendo parte del agua libre de los alimento por adición de solutos tales como azúcares, sal, etc ( mermeladas, leche condensada, etc). Una importante ventaja de este método de conservación radica en que en ocasiones puede realizarse con facilidad y a un coste razonable, disminuyendo además los costes de almacenamiento y transporte. Su principal inconveniente es el notable efecto de estos tratamientos sobre las propiedades sensoriales de los alimentos, tales como la

La disminución de la actividad de agua de un alimento aumenta la duración de la fase de latencia de la curva de crecimiento microbiano, reduce la velocidad máxima de duplicación en la fase de crecimiento logarítmico y el recuento máximo alcanzado en la fase estacionaria. El óptimo valor de aw para el crecimiento microbiano suele situarse en torno a valores de 0’99, y por debajo de este valor disminuye progresivamente hasta alcanzar un valor mínimo en el cual cesa el crecimiento microbiano. Los valores mínimos de aw que permiten el crecimiento de las especies que normalmente contaminan los alimentos oscila entre 0’99, para especies de Moraxiella y Acinetobacter, y 0’86, 15

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

se considera fresco a todos los efectos. Hasta hace unos pocos años los alimentos refrigerados se consideraban razonablemente seguros dado que se creía que todos los microorganismos patógenos para el hombre era mesófilos, con un límite de crecimiento entre 5 y 10 ºC. Sin embargo, en la actualidad se ha demostrado la patogenicidad para el hombre de algunas especies psicrotrofas, que como L. monocytogenes y Y. enterocolitica son capaces de crecer incluso a temperaturas próximas a 0 ºC. Estas especies han sido denominadas «patógenos emergentes». La existencia de estas especies hace discutible la seguridad sanitaria de algunos de los alimentos actualmente conservados por refrigeración. Otra limitación de los procesos de refrigeración actuales es debida a la alteración de algunos procesos metabólicos de ciertos vegetales que impiden la reducción de la temperatura de almacenamiento hasta valores adecuados. Así, los bananas no pueden almacenarse a temperaturas inferiores a 12-14 ºC y las naranjas a menos de 5 ºC sin sufrir cambios organolépticos indeseables.

Fig. 1.5.- La ausencia de oxígeno permite prolongar la vida útil de muchos alimentos.

textura, que les diferencian claramente de la materia prima de la que proceden. La conservación de los alimentos por el frío, al contrario que la anterior, presenta la ventaja de que apenas modifica las propiedades sensoriales y el valor nutritivo de los alimentos. Estas tecnologías se basan en la termodependiencia de las reacciones enzimáticas y químicas de alteración, siguiendo la ecuación de Arrhenius. Según esta ecuación la velocidad de las reacciones químicas es una función exponencial de la inversa de la temperatura absoluta. Las reacciones de alteración de los alimentos presentan valores Q10= 2-3, lo que implica que la vida útil de un producto se prolongará entre dos y tres veces al reducir la temperatura de almacenamiento 10 ºC. El «frío» puede aplicarse a niveles de refrigeración o congelación.

La congelación consiste en aplicar al alimento temperaturas de entre –18 y –30 ºC a las que ningún microorganismo es capaz de multiplicarse, siendo el factor limitante de la conservación el desarrollo de ciertas reacciones químicas, especialmente la oxidación de las grasas. La calidad higiénica de los productos congelados viene esencialmente determinada por la contaminación microbiológica de la materia prima de la que proceden. A este respecto es preciso señalar que tras la descongelación los alimentos son muy poco estables, alterándose rápidamente por la acción de los microorganismos y enzimas. El principal avance de la tecno-

En la refrigeración se aplican temperaturas de entre –1 y 15 ºC, lo que permite prolongar la conservación de los alimentos entre uno y tres meses sin apenas modificar la apariencia del producto, que 16

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logía de congelación ha sido el desarrollo de métodos y equipos de congelación ultrarrápida que permiten la formación de pequeños cristales de hielo que no rompen las estructuras celulares del tejido, manteniendo la calidad del producto. Mucho más problemática es la descongelación del producto que suele realizarse a nivel domestico y debe ser tan lenta como sea posible.

Este método de conservación puede aplicarse mediante diversas técnicas tales como el envasado a vacío, envasado con captores de O2 como el ácido ascórbico, envasado en atmósferas inertes que limitan las reacciones de oxidación, y el envasado en atmósferas modificadas de diversa composición. La aplicación de todas estas técnicas ha sido posible, en buena medida, gracias al desarrollo de películas plásticas impermeables a los gases a un precio razonable.

La mayoría de los microorganismos que alteran los alimentos presentan un metabolismo oxidativo y requieren un elevado potencial red-ox en el medio para desarrollarse. Por tanto, reduciendo la concentración de oxígeno disponible durante el almacenamiento del alimento –el aire contiene aproximadamente un 21% de oxígeno- puede reducirse la actividad microbiana, y en el caso de los microorganismos aerobios estrictos que utilizan el oxígeno como aceptor final de electrones, incluso inhibirse. Sin embargo, la ausencia de oxígeno favorece el crecimiento de las especies microbianas anaerobias, con metabolismo fermentativo. La ventaja del método radica en que el metabolismo fermentativo es mucho más lento que el oxidativo por lo que la vida útil de los alimentos conservados en anaerobiosis se prolonga sensiblemente. El principal inconveniente de este método de conservación es el escaso conocimiento existente sobre los microorganismos anaerobios algunos de los cuales, como Clostridium botulinum, son capaces de provocar graves intoxicaciones alimentarias. Por ello, como norma general todos los alimentos conservados por este método deberían almacenarse a temperaturas inferiores a 3-4 ºC, por encima de las cuales es capaz de multiplicarse Cl. botulinum tipo E.

Los últimos avances se centran especialmente en la técnica de las atmósferas modificadas. En general son mezclas de gases que incorporan cantidades variables de CO2. El aire contiene aproximadamente un 0´03% de dióxido de carbono y a media que aumenta su concentración se reduce la actividad microbiana hasta prácticamente desaparecer al alcanzar concentraciones del 20%. La principal limitación de esta técnica se da en productos vegetales que a concentraciones al 810% sufren graves alteraciones organolépticas. En la actualidad se investiga la incorporación de otros gases, como el monóxido de carbono. Los microorganismos normalmente presentan un rango estrecho de pH en el que pueden crecer y multiplicarse; por ello, la acidificación de los alimentos es un método eficaz de conservación. Los pHs ácidos actúan desnaturalizando enzimas de la pared celular o modificando el pH del citoplasma bacteriano, lo que enlentece drásticamente el metabolismo y la multiplicación. La acidificación resulta un método de fácil aplicación y barato. Además, muchos ácidos presentan «per se» cierto 17

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efecto bactericida y potencian la acción de otros conservantes químicos con los que suelen asociarse dada su escasa eficacia frente a mohos y levaduras. Los acidificantes más frecuentemente utilizados son el ác. cítrico, ác. láctico y ác. acético.

tos, tales como la d-gluconolactona, y un mejor control de los procesos fermentativos, especialmente por el uso de estarters y el desarrollo de mejores condiciones de cultivo. La adición de agentes bacteriostáticos a los alimentos es una técnica muy antigua pero en determinadas industrias (fabricación de embutidos, jamón etc) todavía resulta insustituible. En general son muy diversos, tanto por su composición química (los hay tanto orgánicos como inorgánicos) como por sus mecanismos de acción que, en ocasiones, son todavía desconocidos. Su actividad antimicrobiana suele estar restringida a un grupo microbiano concreto por lo que deben usarse en combinación con otros procesos. Los más utilizados son el ác. sórbico y sus derivados, el ác. benzóico y los parabenos que son especialmente eficaces para prevenir el crecimiento de mohos y levaduras.

Alternativamente a la adición de ácidos puede reducirse el pH de los alimentos potenciando algunas fermentaciones. El principal inconveniente de este método de conservación es que modifica muy sensiblemente el sabor y aroma de la materia prima. En realidad, hoy en día, debería considerarse más como una técnica de transformación que de conservación de los alimentos. Los principales avances relacionados con las técnicas incluídas en este grupo son la utilización de nuevos acidificantes que confieren menos sabor a los alimen-

En la actualidad hay un creciente rechazo por parte del consumidor a la utilización de conservantes químicos por lo que su uso se halla en general en regresión. Por ello, se esta realizando un importante esfuerzo investigador para la obtención de sustancias más «naturales» con acción bactericida tanto de origen animal y vegetal como microbiano. Entre estos últimos el aislamiento de bacteriocinas ha constituido un avance espectacular y, de entre ellas, la nisina, producida por una especie de lactobacillus, se esta ya usando de forma generalizada en algunas industrias agroalimentarias. El grado de sensibilidad a cada una de las distintas especies microbianas a cada uno de los métodos antes descritos es diferente; por ello, combinando distin-

Fig. 1.6.- En los últimos decenios se ha dedicado un gran esfuerzo investigador al estudio de la irradiación de alimentos.

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tas técnicas de este grupo a un nivel poco severo es posible conseguir productos estables y de características organolépticas adecuadas. Este es el principio de la «tecnología de las barreras» propuesta por el Prof. Leistner , que es uno de los campos de la Tecnología de los Alimentos con mayor proyección de futuro.

3.1.- Tecnologías basadas en la inactivación microbiana y enzimática

Fig. 1.7.- Durante años, la irradiación ha despertado el rechazo instintivo de los consumidores.

Los métodos basados en la reducción de la actividad metabólica de la flora contaminante tienen bien la ventaja de su simplicidad (acidificación, deshidratación), bien el mínimo efecto que ejercen sobre las propiedades funcionales (disminución del potencial red-ox, frío). Tienen sin embargo el notable inconveniente de que no permiten garantizar la calidad sanitaria del alimento procesado que depende, casi exclusivamente, de la calidad microbiológica de la materia prima de que proceden; es decir, estos métodos inhiben el crecimiento microbiano pero no garantizan su destrucción.

Algunos métodos de conservación incluidos en el grupo anterior, como el frío, pueden en determinadas circunstancias producir cierto grado de destrucción de la flora contaminante, pero el ritmo de inactivación de los microorganismos sometidos a la acción del calor puede describirse matemáticamente y, por tanto, puede calcularse con razonable precisión la intensidad del tratamiento térmico que es necesario aplicar para garantizar la calidad sanitaria del producto. El mecanismo de inactivación microbiana por el calor es complejo y todavía no totalmente aclarado. La mayoría de los autores opinan que la causa última de la destrucción es la desnaturalización del ADN, aunque otras muchas estructuras celulares son también alteradas durante el tratamiento térmico. La termorresistencia microbiana varía ampliamente en la naturaleza y las diferencias vienen determinadas tanto genéticamente como por las condiciones de cultivo. Sin duda la mayor termorresistencia la presentan los esporos bacterianos que presentan

Los métodos basados en la destrucción de la flora contaminante tienen la importante ventaja de que permiten garantizar hasta determinados niveles la salubridad de los alimentos. Dentro de los métodos de destrucción, los basados en principios físicos son, sin duda, los más importantes y de entre ellos el calor es el más utilizado en nuestros días. La conservación por el calor es seguramente el último método artesanal inventado por el hombre y el primer proceso tecnológico científicamente controlado. 19

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tiempos de reducción decimal (tiempo de tratamiento que destruye al 90% de la población inicial) a 100 ºC superiores a 1 minuto; y la menor las células vegetativas, activas metabólicamente, con tiempos de reducción decimal del orden de 1 minuto a 60-70 ºC.

vocar su alteración y de reducir la probabilidad de supervivencia de los patógenos hasta límites estadísticamente despreciables. Además, los tratamientos térmicos presentan la ventaja adicional de que simultáneamente destruyen los enzimas endógenos y las toxinas microbianas. Es por este motivo que los alimentos esterilizados son estables durante largos periodos de tiempo, incluso a temperatura ambiente.

Dependiendo de los objetivos perseguidos los tratamientos térmicos pueden aplicarse a nivel de pasterización y esterilización. La pasterización es un tratamiento de intensidad moderada con el que se pretende reducir a niveles despreciables los riesgos de supervivencia de los microorganismos patógenos y eliminar la mayor parte de la flora banal. Son, en realidad, tratamientos de higienización que exigen el almacenamiento posterior del alimento bajo refrigeración para prolongar su vida útil. La pasterización no afecta a la viabilidad de los esporos bacterianos.

El principal inconveniente de los tratamientos térmicos radica en su inespecificidad. El calor, además de destruir los agentes de alteración, afecta a las propiedades sensoriales y el valor nutritivo de los alimentos. En la década de los cuarenta Esselen demostró el orden logarítmico de destrucción de las vitaminas y otros nutrientes del medio, de forma semejante a la observada en los microorganismos pero con características particulares. Se observó que la resistencia relativa de estos compuestos frente a la que presentan las células bacterianas era relativamente mayor cuanto más alta era la temperatura de tratamiento. Este descubrimiento dio origen al diseño de nuevos procesos basados en la aplicación de temperaturas ultraelevadas durante segundos (tratamientos UHT). Desafortunadamente, los procesos UHT únicamente pueden aplicarse en la actualidad a algunos alimentos líquidos, por lo que la Tecnología de los Alimentos esta buscando desde hace dos décadas métodos alternativos de pasterización y/o esterilización de los alimentos que presenten las ventajas de los actuales tratamientos térmicos, obviando sus inconvenientes. Una de estas posibles tecnologías alternativas es la irradiación de alimentos.

La esterilización es un tratamiento de alta intensidad cuyo objetivo es la destrucción de todos los microorganismos presentes en el alimento capaces de pro-

Fig. 1.8.- En los últimos años se ha lanzado una importante campaña publicitaria para fomentar esta tecnología.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

4. La irradiación de alimentos

de información, excelentemente recopilada por Joshephson (3), Diehl (4), Molins (5) y Sommers y Fan (6).

Se entiende por radiación la emisión y propagación de energía a través del espacio o de un medio material, pudiéndose distinguir dos tipos: electromagnética y corpuscular. Las radiaciones electromagnéticas carecen de masa y están constituidas por cuantos o fotones; se clasifican por su frecuencia, e incluyen desde las ondas de radiofrecuencia hasta los rayos cósmicos. Las radiaciones corpusculares, por el contrario, poseen masa y están constituidas por protones, neutrones, o electrones. Las radiaciones se denominan ionizantes cuando al transmitir la energía que portan a un átomo o molécula del medio circundante son capaces de desplazar a los electrones fuera de sus órbitas habituales; en definitiva, de transformar los átomos en iones, y de romper enlaces moleculares. Esta característica es la responsable de los efectos biológicos de la irradiación.

En sus inicios la historia de la irradiación de los alimentos esta fuertemente ligada a los avances de las Ciencias Físicas en este campo; así, en 1898, J.J. Thompson demostró que los rayos catódicos eran realmente electrones y, ese mismo año, Pacronotty y Procelli los efectos bactericidas de esta radiación. Ya en 1905 se expidió una patente británica para pasteurizar alimentos por irradiación, en 1916 se evaluó la eficacia de un proceso de irradiación de fresas, y en 1930 se expidió una nueva patente en Francia.

Parafraseando al Dr. Borna (1) -en relación al proverbio chino: a veces tenemos la suerte de vivir tiempos muy interesantes-, sin duda, en relación a la irradiación de los alimentos, estamos viviendo un momento de extraordinario interés.

A partir de los años cuarenta se inició una nueva etapa de investigación específicamente encaminada al desarrollo de procesos de conservación/higienización de los alimentos por irradiación y a demostrar la inocuidad de los productos irradiados. El primer impulsor de estos estudios fue el ejército norteamericano que financió, en 1942, una investigación en el Instituto Tecnológico de Massachussets para la irradiación de carnes. En 1950 comenzaron ya los programas de irradiación de alimentos en USA y de desarrollo del proceso en el Reino Unido, y entre 1958 y 1970 la tecnología se extiende a la Unión Soviética, Alemania, Canadá etc, y empieza a aplicarse a escala industrial.

Aunque en los más recientes libros de la especialidad (2) se incluye a la irradiación de los alimentos como una «nueva tecnología» de conservación, lo cierto es que se trata de un proceso cuyos orígenes se remontan a finales del siglo XIX y sobre el que existe una cantidad ingente

A partir de los años setenta y durante el resto del siglo veinte, esta tecnología, que entusiasmó al mundo en los años cincuenta –merced a la propuesta de Eisenhower: «átomos para la paz»-, comenzó a languidecer. Ciertamente a lo largo de esos años se produjeron hitos

4.1.- Evolución histórica

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

importantes, como la creación de la División de Técnicos Nucleares para los Alimentos y la Agricultura de la FAO, la expedición de un certificado de salubridad a diversos alimentos irradiados por parte del Comité de Expertos FAO/OMS y la creación del Centro Internacional para la Tecnología de Irradiación de Alimentos impulsado por la FAO, pero estos hitos no contradicen el hecho cierto de que la irradiación de los alimentos fue durante esos años una tecnología marginal en los países desarrollados.

han sido los cambios experimentados en los últimos años en relación a esta segunda razón los que han constituido la fuerza impulsora principal del actual relanzamiento de esta tecnología.

4.2.- Situación actual y perspectivas de futuro En la década de los setenta se demostró la capacidad de ciertas especies psicrotrofas para producir toxiinfecciones alimentarias, así como su capacidad para crecer en alimentos refrigerados, incluso más rápidamente que la flora banal; se denominaron «patógenos emergentes» e incluían especies como Listeria monocytogenes, Yersinia enterocolítica y Aeromonas hydrophila. La constatación de este hecho obligó a plantearse la necesidad de higienizar algunos productos frescos antes de su almacenamiento en refrigeración, y el calor no era una alternativa viable pues alteraba los caracteres organolépticos de los productos frescos.

La mayoría de los autores coinciden en afirmar que el escaso desarrollo de la tecnología durante los últimos decenios del siglo veinte se debió fundamentalmente al rechazo instintivo de los consumidores hacia los productos irradiados, que identificaban con la radioactividad y la energía nuclear. Esta claramente demostrado que los productos irradiados no suponen ningún peligro potencial para la salud; de hecho, en 1980 la Junta del Comité de Expertos de la FAO/OMS sobre salubridad de alimentos irradiados declaró que la irradiación de cualquier alimento a dosis inferiores a 10 kilograys no presentaba peligros toxicológicos, nutricionales ni microbiológicos; y en 1997 que los alimentos irradiados a cualquier dosis son seguros, no existiendo necesidad de establecer unas dosis máximas de tratamiento. A nuestro entender, y sin restar importancia al rechazo instintivo de los consumidores, existe otra razón importante que limitó la implantación de la irradiación: ¡los industriales no encontraban ventajas significativas con la implantación de esta nueva tecnología, ni existía presión por parte de los consumidores que les obligase a cambiar las tecnologías tradicionales! Creemos que

El desarrollo económico posterior a la crisis de los setenta fue el origen de un nuevo consumidor con una mayor capacidad adquisitiva y, sobre todo, mucho mejor informado sobre aspectos relacionados con la salud, la nutrición y los alimentos en general. Este nuevo tipo de consumidor demandaba productos cada vez mas parecidos a los alimentos frescos, con todas las garantías sanitarias y un elevado valor nutritivo. Esta circunstancia indujo a la búsqueda de nuevas tecnologías, alternativas al calor, que permitiesen obtener productos sanitariamente seguros pero con mejores propiedades sensoriales, funcionales y nutritivas. También 22

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

se planteo como alternativa el desarrollo de procesos combinados, cuyas bases científicas desarrollo el Prof. Leistner a lo largo de las décadas de los setenta y ochenta. Leistner propuso sustituir los tratamientos de conservación tradicionales, en general de gran intensidad y que por ello alteraban la calidad de los alimentos, por procesos más complejos consistentes en aplicar simultanea o sucesivamente varias tecnologías pero a una intensidad baja. Estas combinaciones, en general, permitían conseguir productos estables y de mejor calidad.

Fig. 1.9.- En la actualidad son ya multitud los alimentos conservados por irradiación.

Por otra parte, a lo largo de los ochenta y noventa, las presiones de los consumidores obligaron a reducir la concentración y tipo de conservantes químicos añadidos a los alimentos y en algunos casos incluso se prohibió legalmente su uso, como es el caso del óxido de etileno. Las tecnologías tradicionales no podían cubrir las necesidades creadas por la desaparición de estos conservantes lo que también obligó a la búsqueda de nuevas alternativas tecnológicas. Finalmente, la globalización de los mercados aumentó los intercambios de productos agrícolas frescos, lo que representaba un potencial peligro de expansión de plagas circunscritas habitualmente a regiones concretas, problema que únicamente podía combatirse con costosas cuarentenas de dudosa eficacia.

formadoras de esporos, a dosis relativamente bajas; además, a esas dosis no afectan a las propiedades sensoriales de los alimentos, que mantienen su condición de «frescos». Pero las ventajas son todavía mayores si se considera que puede aplicarse incluso a alimentos ya envasados, lo que elimina la posibilidad de recontaminación post-procesado, e incluso congelados. La irradiación también puede sustituir en muchos casos a los conservantes químicos, como en el caso de la descontaminación de especias –donde actualmente es ya el tratamiento de elección-, y en la desinsectación de frutas y hortalizas, donde permite eliminar las cuarentenas a dosis extremadamente bajas. Entre las limitaciones tecnológicas de las radiaciones ionizantes cabe destacar su escasa eficacia frente a los esporos bacterianos, lo que reduce su utilidad como método de esterilización. Para subsanar esta limitación, en la actualidad se están desarrollando procesos combinados que potencien la eficacia esporicida de las radiaciones, tales como la aplicación

La irradiación, por sus especiales características, es capaz de dar solución a algunos de los nuevos problemas planteados, lo que explica las enormes expectativas que actualmente despierta esta tecnología. Las radiaciones ionizantes son capaces de inactivar a la mayoría de las especies microbianas patógenas, no 23

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

5.- Bibliografía

simultanea de radiaciones ionizantes y calor (7). Otro objetivo importante a corto plazo es la optimización de las instalaciones con el fin de conseguir plantas de procesado más adecuadas, susceptibles de aplicar radiaciones con mayor capacidad de penetración y conseguir tratamientos más homogéneos. También, desde un punto de vista legal, es importante el desarrollo de dosímetros más adecuados que permitan a las autoridades sanitarias cuantificar la dosis aplicada a un producto concreto.

1.- Borna, J. 2006. Food Irradiation Mowing On. En: «Food Irradiation Research and Technology», editado por Sommers, C. H. y Fan X. Blackwell Publishing. Iowa; USA 2.- Barbosa-Cánovas, G., Tapia, M.S., and P. Cano. 2005. Novel Food Processing Technologies. CRC Press. Boca Raton, Fl. 3.- Josephson, E:S. 1983. An historical review of food irradiation. J. Food Safety 5:161-165. 4.- Diehl, J.F. 1990. Safety of Irradiated Foods. Marcel Dekker. New York, USA. 5.- Molins, R. 2004. Irradiación de alimentos. Principios y aplicaciones. Ed. Acribia. Zaragoza, España. 6.- Sommers, C. H. y Fan X. 2006. Food Irradiation Research and Technology. Blackwell Publishing. Iowa; USA 7.- Álvarez, I., Niemira, B.A., Fan, X., y Sommers, C.H. 2006. Inactivation of Salmonella serovars in liquid whole egg by heat following irradiation treatments. Journal of Food Protection, 69(9): 2066-

Pese a sus limitaciones, es indudable el amplio campo de aplicación que las radiaciones ionizantes poseen en la industria agroalimentaria actual, lo que augura un amplio uso de esta «nueva tecnología» de más de 100 años de antigüedad.

2074.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

FUNDAMENTOS BIOLÓGICOS DE LA CONSERVACIÓN DE LOS ALIMENTOS POR RADIACIONES IONIZANTES Prof. I. Alvarez. Dept. Producción Animal y Ciencia de los Alimentos. Facultad de Veterinaria. Universidad de Zaragoza. C/Miguel Servet 177, 50.013- Zaragoza. Email: ialvalan@unizar.es 1.- Introducción 2.- Mecanismos de inactivación microbiana por irradiación. 2.1.- Daño e inactivación. 2.2.- Cinética de inactivación. 3.- Influencia de distintos factores en la resistencia a la irradiación. 3.1.- Factores dependientes del microorganismo. 3.1.- Factores medioambientales. 4.- Bibliografía.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

1.- Introducción

50 y 60, en la actualidad existen todavía serias dudas sobre algunos aspectos importantes de la inactivación microbiana por irradiación que pueden resultar importantes para su implantación industrial, pero sobre todo para el diseño de procesos combinados basados en esta tecnología. Así, existen dudas sobre: ¿cuáles son los mecanismos de inactivación microbiana por irradiación?, o ¿cuál es el ritmo de muerte en una población sometida a radiaciones ionizantes?, o ¿cuáles son los factores que determinan la resistencia a esta agente letal? Estas y otras preguntas referentes a los fundamentos biológicos de la conservación de los alimentos por radiaciones ionizantes serán tratadas en este resumen, con profundidad diversa, como lo es el estado actual del conocimiento de cada aspecto concreto.

La materia prima alimentaria comienza a deteriorarse por distintos agentes de alteración, tanto físicos (tª, HR, luz, golpes, etc.), como químicos (oxidación lipídica, reacción de Maillard, etc.) y biológicos (enzimas, microorganismos, insectos y roedores), desde el mismo momento de la recolección, en los de origen vegetal, o del sacrificio, en los de origen animal. De entre los agentes de alteración, los enzimas, pero sobre todo los microorganismos son los principales responsables de esta alteración. Con el fin de obtener alimentos estables y sanitariamente seguros, la Tecnología de los Alimentos utiliza distintas estrategias de conservación entre las que se pueden destacar aquellas basadas en la separación de los microorganismos; en la reducción del metabolismo microbiano y/o actividad enzimática; y, finalmente, en la destrucción de los microorganismos y enzimas. Las radiaciones ionizantes son un sistema de conservación de los alimentos que se encuadraría en esta última estrategia, junto al calor.

2.- Mecanismos de inactivación microbiana por irradiación Es conveniente recordar que los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los materiales biológicos son la suma de su acción directa e indirecta.

El uso de las radiaciones ionizantes como método de conservación de los alimentos se sugirió por primera vez hace más de un siglo, cuando en 1896 Minsch propuso utilizar esta tecnología para la destrucción de los microorganismos responsables del deterioro de los alimentos (1). Desde entonces, la radiación se ha mostrado como un medio efectivo de destrucción de bacterias, tanto patógenas como alterantes, de parásitos y, con menor eficacia, de virus. Pese a la realización de muy diversas investigaciones, especialmente en las décadas de los años

La acción directa es consecuencia de los cambios físicos producidos sobre las moléculas como resultado de la absorción de la energía radiante, es decir, como consecuencia de la ionización -desplazamiento de electrones de sus órbitas habituales dando lugar a la formación de iones, radicales libres y partículas excitadas-. Esta absorción es, en principio, mayor cuanto mayor es el número de electrones de los átomos de una molécu27

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Fig. 2.1.- Acción directa de la radiación sobre la cadena de ADN.

Fig. 2.2.- Acción indirecta de la radiación sobre la cadena de ADN.

la y, por tanto, cuanto mayor es su masa molecular. Al ser los ácidos nucleicos los componentes de mayor complejidad a nivel celular, la posibilidad de que el material genético sufra daños directos es muy elevada. Es por ello que el ADN es una de las principales moléculas diana de esta acción directa. Por ejemplo, se ha estimado que una dosis de 0,1 kGy podría dañar el 0,005% de los aminoácidos, el 0,14% de las enzimas y el 2,8% del ADN en una determinada célula (2). Una consecuencia de esta circunstancia es que la dosis letal de irradiación para cada organismo vivo disminuye a medida que aumenta la complejidad de su ADN (Figura 2). La acción indirecta se debe a la interacción de los radicales libres -formados por la acción directa de la radiación en los componentes celulares o del medio, especialmente del agua- con moléculas vitales para la supervivencia microbiana. El mecanismo de acción indirecta es, según la mayoría de los autores (3, 4, 5,

6, 7 y 8), el principal responsable de la mayoría de los efectos biológicos de la irradiación. Este efecto secundario es lógicamente mayor cuanto mayor es el contenido acuoso del medio tratado (9), dado que la irradiación provoca la formación, a partir del agua, de diferentes especies reactivas, como iones y radicales. Además, el oxígeno molecular disuelto en el agua puede reaccionar con los radicales hidrógeno para formar radicales hidroperóxido, o con los electrones libres para formar aniones superóxido. De entre todos los radicales formados, el más reactivo es el radical hidroxilo (OH) (5).

2.1.- Daño e inactivación La radiación ionizante inactiva a las células alterando algunas de las estructuras críticas para su supervivencia; la mayoría de las veces el material genéti28

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

co, como se ha comentado anteriormente. El daño a la doble hélice afecta a la expresión de algunos genes y a la biosíntesis de varias enzimas que interfieren con la división celular, tanto en células procariotas como eucariotas; por ello, la irradiación es tan útil para impedir la proliferación de microorganismos, como para inhibir la germinación y ralentizar la maduración de ciertos vegetales. Finalmente, la supervivencia o muerte de la célula irradiada vendrá condicionada por la magnitud del daño infringido a las estructuras vitales y a su capacidad de reparación y/o eliminación de las porciones dañadas del material genético, aspecto este muy dependiente del organismo (5), como se verá más adelante.

Fig. 2.3.- Puntos habituales de rotura de la cadena de ADN por irradiación.

te la principal responsable de las lesiones del ADN: las roturas del ADN se producen como consecuencia del ataque de los radicales libres, formados por la radiolisis del agua, sobre la desoxirribosa y especialmente sobre las bases nitrogenadas de la doble hélice. Se cree que aproximadamente el 20% de los radicales libres actúan a nivel de los azúcares del ADN –sustrayendo los átomos de hidrógeno de la desoxirribosa- y el 80% restante a nivel de las bases nitrogenadas, siendo la base más sensible la timina, seguida de la citosina, la adenina y la guanina (5).

Según se ha indicado, el daño sobre el material genético se produce como consecuencia de una colisión directa de la energía radiante (fotón o electrón) con la cadena de ADN (acción directa), o como resultado de la interacción con una molécula adyacente -agua en la mayoría de los casos- que, al ionizarse, reacciona con el material genético próximo (acción indirecta). El resultado final de cualquiera de las dos acciones es la rotura de una o de las dos ramas de la doble cadena de ADN. La ruptura completa de la doble hélice se cree poco frecuente ya que para ello se requeriría una orientación muy concreta del ADN en relación con la fuente de radiación, o que los radicales formados actuasen en puntos muy próximos de ambas hebras de la doble hélice, circunstancia esta también poco probable (1).

La ruptura de las dos cadenas de la doble hélice de ADN constituye un daño irreversible que la célula normalmente no es capaz de reparar; pero los daños más frecuentes, los que afectan a los azúcares o las bases de una sola hebra, son reparables en la mayoría de los casos si las condiciones del medio son las adecuadas. Se ha calculado que cada 10 Gy de radiación en presencia de oxígeno se pro-

De los dos posibles mecanismos de acción de las radiaciones ionizantes, la acción indirecta se considera actualmen29

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

duce un promedio de 2,1 roturas en la hebra de ADN, y se considera que los daños provocados por una radiación de 120 Gy resultan ya irreparables.

Afortunadamente, por el momento, nunca se ha observado que como consecuencia de las mutaciones se haya inducido patogenicidad en bacterias no patógenas; de hecho, más bien parece ocurrir lo contrario. Se ha observado que algunas especies patógenas disminuyen o incluso pierden totalmente su virulencia como consecuencia de la mutación (12). Por otra parte, la mayoría de las células mutadas por acción de la radiación ionizante son más susceptibles al estrés generado por otros factores medioambientales (1); así, se ha demostrado que la irradiación a dosis subletales -0,1 – 0,3 kGy-, reduce hasta 5 veces la resistencia al calor de células del género Salmonella (13).

La reparación del ADN bacteriano dañado se produce básicamente por dos mecanismos bien diferenciados (10): el primero es un mecanismo rápido -entre 1 y 2 minutos a 20-37ºC, o 10 minutos a 0ºC-, independiente del medio de recuperación y que requiere que un enzima, la DNA polimerasa I, elimine y reemplace las bases dañadas para que posteriormente otro enzima, la polinucleótido ligasa, una los extremos de la cadena rota. El segundo mecanismo es lento -40 a 60 minutos a 37ºC-, dependiente del medio de recuperación y que conlleva un proceso de recombinación utilizando el ADN de la hebra parental como patrón.

Al margen de los efectos descritos sobre el material genético, la radiación puede alterar también otros componentes y/o estructuras celulares, tales como enzimas, componentes citoplasmáticos diversos y, sobre todo, a las envolturas, cuya permeabilidad puede alterar comprometiendo la viabilidad de la célula. Así, se ha demostrado (14) que los radi-

Un aspecto que hay que destacar es que, como consecuencia de los mecanismos de reparación, las radiaciones ionizantes pueden llegar a producir mutaciones, especialmente cuando se produce la rotura de una sola hebra (11).

Fig. 2.4.- Mecanismos, lento y rápido, de reparación del ADN microbiano.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

cirá, al azar, daños genéticos y no genéticos que condicionarán la resistencia intrínseca de cada microorganismo, cuya supervivencia estará muy supeditada además a los mecanismos de reparación característicos de cada tipo microbiano y de las condiciones ambientales. En cualquier caso, la mayor o menor resistencia de cada especie a las radiaciones ionizantes, así como su dependencia de los factores ambientales, debe ser cuantificada para poder establecer con criterios científicos las dosis de radiación adecuadas para cada alimento concreto. Para el cálculo y ajuste de los correspondientes tratamientos es por tanto necesario conocer el ritmo de muerte o, dicho en otras palabras, establecer un modelo cinético de destrucción que permita definir parámetros adecuados con los que poder comparar la resistencia microbiana a la irradiación y cuantificar la influencia de distintos factores medioambientales.

Fig. 2.5.- Efectos de la mutación producida por un tratamiento de irradiación sobre S. enteritidis.

cales formados por radiolisis del agua pueden actuar sobre los ácidos grasos poliinsaturados de las membranas celulares, afectando a la actividad de las enzimas y proteínas asociadas a la membrana, ocasionando la pérdida de líquido intracelular, e incluso produciendo la ruptura de la membrana y la posterior muerte de la célula al cabo de un cierto tiempo del tratamiento. Es decir, las radiaciones ionizantes pueden producir distintas lesiones subletales en la célula a muy diversos niveles, lo que puede jugar un papel fundamental en la supervivencia de los microorganismos incluso cuando no se ha producido ningún daño genético irreparable (1). Desde un punto de vista práctico, la existencia de estos daños subletales y su efecto sensibilizante frente a otros agentes estresantes resultan de gran interés en la Tecnología de los Alimentos, ya que abren la posibilidad de desarrollar «procesos combinados» de conservación. Estos procesos serán, lógicamente, de menor intensidad y permitirán conseguir un determinado nivel de inactivación de la población microbiana de interés, minimizando el impacto de los tratamientos en las propiedades sensoriales del alimento.

2.2.- Cinética de inactivación microbiana por radiaciones ionizantes El curso de inactivación de una población bacteriana sometida a los efectos letales de las radiaciones ionizantes se representa en forma de gráficas de supervivencia. Las líneas de supervivencia se obtienen representando la fracción de supervivientes, en escala logarítmica, frente a la dosis de radiación absorbida, en escala lineal. A partir de los datos observados se ha deducido que en la mayoría de las ocasiones la línea de supervivencia es recta o, dicho en otras palabras, que la velocidad de inactivación se mantiene constante e indepen-

Resumiendo: la aplicación de radiaciones ionizantes sobre una célula produ31

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

rresistencia de diferentes microorganismos y cuantificar la influencia de un factor medioambiental en la sensibilidad microbiana a las radiaciones ionizantes. El valor D se define como la dosis de radiación (kGy) necesaria para reducir la población microbiana en un 90%, es decir un ciclo logarítmico decimal. El valor D es la inversa negativa de la pendiente de la recta de supervivencia y se calcula matemáticamente mediante la ecuación: d D=er Log10N0 – Log10N

Fig. 2.6.- Cinética exponencial de inactivación. Se incluye el tiempo de reducción decimal (valor D).

donde N0 es el número inicial de microorganismos y N el número de supervivientes tras el tratamiento de irradiación con una dosis d.

diente de la fracción de supervivientes. Esta cinética puede explicarse asumiendo que todas las células que componen la población tienen la misma resistencia a la irradiación y que el daño que provocan las radiaciones se produce al azar. En estas circunstancias las potenciales lesiones letales se dispersarán aleatoriamente en la población y por tanto cada componente de la misma tendrá idéntica probabilidad de morir; es decir, que la cinética de muerte bacteriana sigue un patrón semejante al de una reacción de primer orden, con la misma proporción de muertes en el tiempo. En una gráfica de supervivencia típica, tal como la que muestra la figura 2.6, el número de supervivientes desciende exponencialmente con la dosis de radiación absorbida (medida en kGy) a una intensidad constante (5).

Al igual que en el caso del calor, la existencia de una cinética exponencial de inactivación por irradiación conlleva la asunción de que la esterilidad biológica absoluta no puede garantizare con estos tratamientos, sino tan sólo la consecución de un determinado riesgo de supervivencia. Aunque la mayoría de las gráficas de supervivencia son lineales, en ocasiones se observan desviaciones que dan lugar a la aparición de «hombros», especialmente a bajas dosis de radiación, y «colas», cuando las dosis de tratamiento son más elevadas. La existencia de fenómenos de hombro ha hecho que en ocasiones se cuestione el mecanismo de inactivación, antes descrito. En el modelo tradicional –cinética de inactivación de primer orden- se asume que para que se produzca la muerte celular debe producirse la inactivación de «una sola molécula clave», por ejemplo la rotura de la hebra de ADN, lo que explica el curso

Esta cinética exponencial permite definir un parámetro, conocido como valor de reducción decimal o valor D conceptualmente similar al valor Dt de los tratamientos térmicos-, con el que se puede comparar directamente la radio32

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Pese a la esporádica aparición de estas desviaciones de la linealidad de las gráficas de supervivencia, la mayoría de los autores asumen la existencia de un curso logarítmico de inactivación y proponen la utilización de los valores D para la cuantificación de la radiorresistencia.

logarítmico de inactivación; pero si por el contrario existiesen varias moléculas clave que debieran inactivarse para producir la muerte celular, lógicamente aparecerían hombros en la gráficas de supervivencia. El hombro también se ha relacionado con el fenómeno de reparación del daño celular. Este daño podría ser reparado en los primeros momentos del tratamiento, por lo que no se observaría en las gráficas de supervivencia descenso del número de células vivas (5 y 9), y superada la capacidad de reparación celular el recuento disminuiría exponencialmente con la dosis.

3.- Factores que influyen en la inactivación microbiana por radiaciones ionizantes Son muchos los parámetros que determinan la resistencia microbiana a las radiaciones ionizantes; estos factores pueden clasificarse en dos grandes grupos: aquellos dependientes del genotipo microbiano, y aquellos dependientes del ambiente.

En cuanto al fenómeno de cola suele producirse al final de tratamiento y se debe a la anormal supervivencia de una pequeña fracción de la población, aparentemente de una extraordinaria resistencia. Su aparición se ha relacionado con la existencia de una heterogénea distribución de la resistencia en la población, aunque de existir, esta mayor resistencia no es transmitida genéticamente: se ha demostrado que subcultivos de las células supervivientes al tratamiento (de la cola de la gráfica) dan lugar a poblaciones de radiorresistencia semejante a la de la población inicial. Es posible que el aumento de resistencia se produzca a la largo del propio tratamiento de irradiación merced a la activación de un mecanismo de adaptación, y se ha sugerido que estas células adaptadas podrían revertir a la forma nativa durante el cultivo posterior de los supervivientes. Así, los microorganismos de la cola activarían o dispondrían de sistemas de defensa frente al agente estresante correspondiente, más efectivos que el resto de células de la población, aunque no pudieran aislarse mediante subcultivo (13).

Dado que en la mayoría de las investigaciones publicadas se han utilizado como medios de tratamiento alimentos concretos, y solo ocasionalmente medios simples de laboratorio, resulta difícil discernir el efecto real de cada uno de los factores implicados. Es por ello que trataremos de forma general la influencia de los distintos factores en la sensibilidad microbiana a las radiaciones.

3.1.- Factores dependientes del microorganismo Dentro de estos factores, el tipo de microorganismo y la fase de crecimiento son las principales variables que pueden determinar la sensibilidad microbiana a las radiaciones ionizantes. En lo referen33

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Fig. 2.7.- Sensibilidad relativa a la irradiación de distintos seres vivos.

propio genoma asegurando, de este modo, la integridad de alguna de las copias tras el tratamiento (17). Afortunadamente la supervivencia de esta especie bacteriana al tratamiento no parece tener ningún significado desde el punto de vista de la salud pública y además no es responsable del deterioro de los alimentos.

te al tipo de microorganismo, podemos concluir, como se ha comentado anteriormente, que la resistencia a las radiaciones disminuye conforme aumenta la complejidad genética del organismo (véase fig 2.7). Así, los virus, debido al menor contenido en ADN, su menor tamaño y su bajo contenido en agua, son los más resistentes, seguidos de las bacterias, mohos y levaduras (15). Dentro de las bacterias, las células vegetativas son entre 10 y 50 veces más sensibles que los esporos, posiblemente debido a que el contenido acuoso del protoplasto es mucho más elevado (un 70% en las células vegetativas y menos de un 10% en los esporos). Entre las formas vegetativas, las bacterias Gram positivas son más resistentes que las Gram negativas, siendo Pseudomonas una de las especies más sensibles (16). Esta clasificación es necesariamente muy general, por lo que existen multitud de excepciones a la regla; así, Deinococcus radiodurans muestra una resistencia incluso mayor que los esporos bacterianos, seguramente debido a que ha desarrollado un complejo mecanismo de reparación del ADN. Los enzimas de reparación del ADN de esta especie actúan a gran velocidad prácticamente desde el mismo instante en el que se producen los daños, y además poseen entre 4 y 10 copias de su

La organización estructural del ADN determina la sensibilidad a las radiaciones ionizantes; así, las células bacterianas que están dividiéndose activamente -fase exponencial de crecimiento-, y en las que el ADN está totalmente desplegado, son más sensibles que aquellas que se encuentran en la fase de latencia o en la estacionaria de crecimiento (18). Por ejemplo, los valores D para Escherichia coli O157:H7 en fase estacionaria es de 0,27 y cuando se encuentra en fase exponencial de 0,16 kGy (19).

3.2.- Efecto de los factores medioambientales La sensibilidad de los microorganismos a las radiaciones ionizantes también depende de las condiciones medioam34

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

bientales, como la naturaleza del medio de tratamiento, la temperatura del producto, la atmósfera que rodea al alimento y la existencia de conservantes químicos (9).

deshidratados, la menor disponibilidad de agua en los alimentos congelados minimiza los efectos indirectos de las radiaciones ionizantes. Es por ello que la resistencia microbiana a estos tratamientos es mayor a temperaturas de congelación. Por ejemplo, se ha observado que el valor D para Campylobacter jejuni en carne picada es de 0,32 kGy a -30º C, de 0,16 a 0-5º C y de 0,17 a 30º C (21). Estos resultados demuestran además que es el estado de las moléculas de agua, más que la temperatura en sí misma, lo que determina la sensibilidad de los microorganismos a las radiaciones ionizantes. Sin embargo, esto último solo es cierto en el rango de 0 ºC hasta temperatura ambiente aproximadamente, dejando de cumplirse a mayores temperaturas.

Naturaleza del medio de tratamiento. En general, la radio resistencia de los microorganismos en los alimentos suele ser entre 2 y 3 veces mayor que en los medios de laboratorio (tampones); además, el efecto protector es tanto mayor cuanto mayor es el contenido proteico. Este último efecto se ha asociado con la conocida capacidad de las proteínas para secuestrar los radicales libres producidos por la radiolisis del agua; a este respecto, los grupos sulfhidrilo son secuestrantes especialmente eficaces de los radicales del oxígeno. Se ha demostrado que la resistencia de Salmonella typhimurium es mayor en ternera con un bajo contenido en grasa (D = 0,64 kGy) que en otra con un contenido mayor (D = 0,53 kGy), lo que se ha achacado a la relación inversa entre el contenido en grasa y proteínas (20).

Pallas y Hamdy (22) observaron que los valores D para Staphylococcus aureus disminuían desde 0,098 hasta 0,053 kGy al aumentar la temperatura de tratamiento desde 35 hasta 45º C. Este aumento de la eficacia letal de las radiaciones con la temperatura de tratamiento abre la posibilidad de diseñar nuevos procesos combinando la irradiación con tratamientos térmicos suaves, en lo que se ha dado en llamar termorradiación (23). Kim y col. (1996) han demostrado que los valores D

Desde un punto de vista práctico, es importante recordar que la naturaleza físico-química del alimento ejerce una notable influencia en la resistencia microbiana y que, por tanto, es muy recomendable determinar los parámetros de tratamiento en el propio alimento que pretendemos conservar por irradiación. Este aspecto tiene especial importancia en alimentos deshidratados donde, al minimizarse la radiolisis del agua, la resistencia microbiana puede llegar a aumentar hasta 10 veces.

Fig. 2.8.- La irradiación del alimento congelado permite conservar las propiedades funcionalese del producto.

Temperatura del producto. De forma similar a lo que sucede en los productos 35

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

de las reacciones químicas responsables de los posibles efectos adversos de la irradiación en las propiedades organolépticas de los alimentos es mucho menor. Por ejemplo, la dosis máxima por encima de la cual se detectan modificaciones en las características sensoriales (olores anormales) del huevo entero líquido y congelado son de 2 kGy y 4 kGy, respectivamente. Estas dosis de radiación permitirían destruir 5 y 8 ciclos logarítmicos de la población de Salmonella spp, respectivamente (13, figura 2.8).

Fig. 2.9.- El aumento de la temperatura aumenta el efecto bactericida de las radiaciones ionizantes.

de Salmonella enteritidis tratada en huevo entero líquido disminuye de 0,26 a 0,237 y 0,078 kGy al aumentar la temperatura de tratamiento de 19 a 50 y 60 ºC, respectivamente. A pesar de la mayor eficacia de las radiaciones ionizantes cuanto mayor es la temperatura, la termorradiación tiene algunas limitaciones. En ocasiones el aumento de la temperatura puede potenciar algunos de los efectos adversos de las radiaciones ionizantes en las propiedades sensoriales de los alimentos; por ejemplo, las radiaciones ionizantes aceleran la oxidación de los lípidos y el efecto es mayor a temperaturas de tratamiento más elevadas (24).

Composición de la atmósfera de tratamiento. La presencia de oxígeno generalmente incrementa la sensibilidad microbiana a las radiaciones ionizantes (hasta tres veces). La molécula de oxígeno, al poseer electrones desapareados, puede participar en la formación de radicales libres, potenciando el efecto de los radicales hidroxilo sobre el ADN. Se ha demostrado que la presencia de oxígeno potencia también la aparición de radicales peróxido que son más estables y dificultan la reparación del daño celular (5). La presencia de oxígeno durante la irradiación puede producir ocasionalmente cambios no deseados en las propiedades sensoriales de los alimentos, como la oxidación de lípidos. Para minimizar estos efectos adversos se ha sugerido la aplicación de los tratamientos a vacío o en atmósfera modificadas en las que la aparición de estas alteraciones se reduce y la sensibilidad microbiana a las radiaciones se ve relativamente poco afectada. Por ejemplo, los valores D para Escherichia coli tratada en carne de pollo a 4º C fueron de 0,35, 0,29, 0,27 y 0,23 kGy cuando se utilizaron como atmósferas de tratamiento aire, un 100% de CO2, vacío

En resumen, resulta fundamental conocer la eficacia de los tratamientos de irradiación tanto sobre los microorganismos como sobre las propiedades organolépticas de los alimentos con el fin de conseguir el máximo grado de inactivación microbiana minimizando el impacto del tratamiento en las propiedades sensoriales del alimento. En general es preferible aplicar radiaciones ionizantes a alimentos deshidratados o congelados que a los frescos ya que, aunque la resistencia microbiana es mayor en estas condiciones, la velocidad 36

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

o nitrógeno, respectivamente (24). En la actualidad se considera que el tratamiento combinado de radiaciones ionizantes a bajas dosis (menores a 3 kGy) con un posterior almacenamiento en atmósferas modificadas o a vacío es una de las estrategias de conservación más adecuadas con esta tecnología (25); así, se ha demostrado que un tratamiento de 1,5 kGy aplicado a carne de cerdo envasada en una atmósfera de un 75% de N2 y un 25% de CO2 permite prolongar la vida útil a 4º C entre 8 y 12 días y mejorar la calidad microbiológica del producto (26).

dicionar la resistencia microbiana a las radiaciones ionizantes lo que, unido a la existencia de daño celular, abre grandes posibilidades para el desarrollo de procesos combinados sanitariamente más seguros y tecnológicamente más adecuados. Un conocimiento más profundo de los mecanismos de muerte microbiana sin duda ayudarán al diseño de nuevos y más eficaces procesos combinados y al desarrollo de modelos matemáticos de inactivación microbiana de base biológica, y por tanto más fiables.

Presencia de conservantes. La presencia de diversos conservantes químicos, como el benzoato sódico, sorbato sódico, cloruro sódico, nisina, EDTA, etc. parece aumentar el efecto letal de las radiaciones ionizantes (27). Alvarez y col. (28) han observado que la adición de 1 g/l de ácido sórbico al huevo entero líquido permite reducir los valores D de Salmonella Enteritidis desde 0,50 hasta 0,31 kGy. La mayor letalidad de las radiaciones ionizantes en presencia de conservantes parece lógica si consideramos que, independientemente de los efectos sobre el ADN, el tratamiento produce daños sobre otras estructuras celulares, como la membrana. Este efecto sinérgico puede ser debido a un mecanismo doble: por una parte la presencia de radicales libres puede dificultar la reparación de los daños celulares; y por otra, el daño generado en las membranas celulares altera su permeabilidad facilitando el acceso al citoplasma celular de los compuestos hidrofóbicos con actividad antimicrobiana (29).

4.- Bibliografía. 1. Molins, R.A. 2001. Irradiación de alimentos. Principios y aplicaciones. Acribia, S.A. Zaragoza. 2. Pollard, E.C. 1966. Phenomenology of radiation effects on microorganisms. En: «Encyclopedia of Medical Radiology» (Zuppinger, A.). Vol. 2(2). Springer-Verlag, Nueva York. 3. Calderón-García, T. 2000. La irradiación de Alimentos. Principios, realidades y perspectivas de futuro. McGraw-Hill, Madrid. 4. Loaharanu, P. 1995. Food irradiation: current status and future prospects. En: «New methods of food preservation». (Gould, G. W.). Champman & Hall, Londres. Pp 90111. 5. Moseley, B. E. B. 1988. Ionizing radiation: action and repair. En: «Mechanisms of action of food preservation procedures» (Gould, G. W.). Londres. Elsevier Science Publishers LTD. Pp. 43-71. 6. Rahman, M. S. 1997. Handbook of Food Preservation. Marcel Dekker, Inc. Nueva York. 7. Thomas, M.H. 1988. Use of Ionizing Radiation to Preserve Food in Nutritional. En: «Nutritional Evaluation of Food Processing» (E. Karmas, R.S. Harris). Van

En resumen, son muy diversos los factores medioambientales que pueden con37

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Nostrand Reinhold, New York. 8. Urbain, W. M. 1978. Food irradiation. En: «Advances in Food Research. Vol. 24». Academic Press. Nueva York. Pp. 155-227. 9. Patterson, M.F., Loaharanu, P. 2000. Irradiation. En: «The Microbiological Safety and Quality of Food» (Lund, B.M., BairdParker, T.C., Gould, G.W.). Gaithersburg, Maryland. Aspen Publishers, Inc. Pp. 65101. 10. Neidhardt, F. C.M, Ingraham, J. L., Schaechter, M. 1990. The effects of temperature, pressure, and pH. En: «Physiology of the bacterial cell. A molecular approach». Sinauer Associates, Inc. Sunderland, Massachusetts. Pp. 226-246. 11. Muller, H.J. (1928). Mutations induced in Drosophila. Genetics, 13, 279-287. 12. Sommers, C.H., Niemira, B.A., Tunick, M., Boyd, G. 2002. Effect of temperature on the radiation resistance of virulent Yersinia enterocolitica. Meat Science, 61, 323-328. 13. Álvarez, I., Niemira, B.A., Fan, X., Sommers, C.H. 2006. Inactivation of Salmonella serovars in liquid whole egg by heat following irradiation treatments. Journal of Food Protection, 69(9): 20662074. 14. Yatvin, M.B., Grummer, M.A. 1987. Membrane structure and radiation and hyperthermic damage. Radiation Physics and Chemistry, 30 (5/6), 351-364. 15. Gerwen, S. J. C., Rombouts, F. M., Riet K., Zwietering M. H. 1999. A Data Analysis of the Irradiation Parameter D10 for Bacteria and Spores under Various Conditions. J. Food Prot., 62:1024-1032. 16. Farkas, J. 1998. Irradiation as a method for decontaminating food. International Journal of Food Microbiology, 44, 189-204. 17. Narumi, I. 2003. Unlocking radiation resistance mechanisms: still a long way to go. Trends in Microbiology, 11 (9), 422-425. 18. Jay, J. M. 1992. Microbiología moderna de los alimentos. Acribia. Zaragoza. 19. Thayer, D.W., Boyd, G. 1993. Elimination of Escherichia coli O157:H7 in meats by gamma radiation. Applied and

Environmental Microbiology, 59, 10301034. 20. Maxcy, R.B. 1982. Irradiation for public health protection. Journal of Food Protection, 45, 363-366. 21. Lambert, A.D., Smith, J.P., Dodds, K.L., Charbonneau, R. 1992. Microbiological changes and shelf life of MAP, irradiated fresh pork. Food Microbiology, 9, 231-244. 22. Pallas, J.E., Hamdy, M.K. 1976. Effects of thermoradiation on bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 32, 250-256. 23. Kim, A.Y., Thayer, D.W. 1996. Mechanism by which gamma irradiation increases the sensitivity of Salmonella Typhimurium ATCC 14028 to heat. Applied and Environmental Microbiology, 62 (5), 17591763. 24. Patterson, M.F. 1988. Sensitivity of bacteria to irradiation on poultry meat under various atmospheres. Letters in Applied Microbiology, 7, 55-58. 25. Raso, J., Barbosa-Cánovas, G.V. 2003. Nonthermal preservation of foods using combined processing techniques. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 43 (3), 265-285. 26. Grant, I.R., Patterson, M.F. 1991. Effect of irradiation and modified atmosphere packaging on the microbiological safety of mined pork stored under temperatures abuse conditions. International Journal of Food Science and Technology, 26, 521-533. 27. Monk, J.D., Beuchat, L.R., Doyle, M.P. 1994. Irradiation inactivation of food-borne microorganisms. Journal of Food Protection, 58 (2), 197-208. 28. Álvarez, I., B.A. Niemira, X. Fan, C.H. Sommers. En prensa. Inactivation of Salmonella enteritidis and Salmonella senftenberg in liquid whole egg using GRAS additives, ionizing radiation, and heat. Journal of Food Protection. 29. Helander, I. M., A. von Wright, T. MattilaSandholm. 1997. Potential of lactic acid bacteria and novel antimicrobials against Gram-negative bacteria. Trends Food Sci. Technol. 8:146-150.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

APLICACIONES DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN LA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA Prof. R. Cava. Dept. Producción Animal y Ciencia de los Alimentos. Facultad de Veterinaria. Universidad de Extremadura. Campus Universitario, 10071- Cáceres. E-mail: rcava@unex.es 1.- Introducción 2.- La irradiación de alimentos 3.- Efectos biológicos de la irradiación 3.1.- Dosis de irradiación 4.- Aplicaciones de la irradiación de alimentos en la industria alimentaria 4.1- Reducción de microorganismos patógenos en alimentos 4.2.- Descontaminación de cereales, hierbas y especias 4.3- Extensión de la vida comercial 4.4.- Desinfestación 4.5.- Inhibición de la germinación de tubérculos 5.- Efectos de la irradiación sobre las características nutritivas y sensoriales de los alimentos 5.1- Pérdida de nutrientes por los tratamientos de irradiación 5.2.- Calidad de los productos irradiados 6.- Etiquetado de los alimentos irradiados

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

1.- Introducción

les aplicados en el procesado de los alimentos, tales como el cocinado, la pasteurización, la esterilización, etc.

La palabra irradiación de alimentos conduce a la mayoría de los consumidores a pensar en radiación nuclear, estableciendo asociaciones con la energía nuclear, las armas nucleares y los desastres nucleares acontecidos en los últimos años. Esta asociación equivocada entre radiación nuclear y alimentos irradiados, sin duda alguna contribuye a la mala imagen, al rechazo y a los miedos irracionales que este tipo de tecnología crea en el consumidor. A fin de eliminar esta asociación en diversos países se han buscado términos que eviten el uso del término irradiación para referirse a ella, pasando a denominarse pasteurización en frío en EEUU o ionización en Francia. De otro lado, los detractores de esta tecnología encuentran en el propio término irradiación la herramienta más efectiva para oponerse a la misma y despertar el rechazo de la opinión pública.

2.- La irradiación de alimentos La irradiación de alimentos es un tratamiento físico con alta energía, mediante el uso de radiaciones ionizantes, es decir, radiaciones que ocasionan la pérdida de los electrones más externos de los átomos y moléculas convirtiendo a los mismos en iones. Los procesos de irradiación implican la exposición del alimento a una fuente de energía radiante (rayos gamma, rayos X o electrones acelerados) dentro de una cámara de tratamiento aislada del medio ambiente (véase capítulo 5). El proceso tecnológico de irradiación no sustituye ni debe sustituir las correctas prácticas de fabricación, manipulación e higiene de los alimentos, constituyendo un método alternativo para la conservación de los alimentos, persiguiendo su uso diferentes efectos:

Resulta vital el establecimiento de diferencias entre la irradiación de alimentos y la contaminación de los alimentos por materiales radioactivos, los cuales emiten radiaciones que pueden dañar la salud de la población expuesta a las mismas. La irradiación de alimentos no puede producir radiación inducida en los alimentos a las dosis que se aplican en la práctica porque aunque sean de alta energía no es lo suficientemente intensa como para provocar los cambios necesarios en el núcleo atómico. Tampoco causa cambios químicos nocivos. El proceso, a dosis máximas de 10 kGy, puede ocasionar pérdidas parciales de nutrientes y algunas modificaciones de las propiedades sensoriales, pero no más que otros métodos de conservación convenciona-

a. Prevención de la germinación y brote en patatas, cebollas, ajos y otras hortalizas. b. Desinfestación de granos, frutas, hortalizas y frutos secos. c. Retardo de la maduración y envejecimiento de hortalizas y frutas. d. Prolongación de la vida útil en pescado, marisco, carnes frescas y carnes de aves de corral mediante la destrucción de microorganismos alterantes. e. Prevención de enfermedades de transmisión alimentaria mediante la eliminación de microorganismos patógenos. 41

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

f. Reducción de microorganismos en hierbas y especias.

provoca la ruptura de los enlaces químicos de las macromoléculas. Estos cambios conducen a la alteración del metabolismo y la división de las células como consecuencia de los daños causados por los electrones liberados sobre el ADN y ARN y en determinadas proteínas celulares. Por otra parte, y de modo indirecto en este caso, la irradiación conduce a la radiolisis de las moléculas de agua del alimento y que forman parte de los microorganismos. La radiolisis del agua provoca la formación de radicales libres (átomos o moléculas con electrones desapareados) que se combinan con el oxígeno para formar potentes agentes oxidantes que dañan las células bacterianas y conducen a la muerte del organismo. Los efectos combinados dan como resultado la destrucción de los organismos.

3.- Efectos biológicos de la irradiación Las potenciales aplicaciones de las radiaciones ionizantes en el procesado de los alimentos se fundamentan en el hecho de que las radiaciones ionizantes provocan daños en el ADN por lo que las células son inactivadas, y por tanto los microorganismos, los gametos de los insectos, los meristemos de las plantas son inhibidos, lo que tiene como resultados efectos de conservación cuya eficacia depende de la dosis de irradiación. Los efectos de la irradiación sobre los diferentes organismos (véanse capítulos 2 y 5) son el resultado de los efectos combinados de la acción directa de la irradiación sobre la materia y del efecto indirecto de procesos de radiolisis. Los efectos directos de la irradiación derivan de la acción de los fotones de la irradiación que causan la pérdida de los electrones más externos de los átomos y moléculas constituyentes de los microorganismos y de las moléculas de los alimentos, convirtiendo a éstos en iones. A su vez, los electrones liberados colisionan con otros átomos y moléculas liberando más electrones. Este mecanismo de liberación de electrones

3.1.- Dosis de irradiación El elemento más importante en la irradiación de alimentos es la dosis empleada para tratar el producto. La dosis de irradiación es la cantidad de energía absorbida por el alimento durante el proceso de irradiación. La unidad de medida es el Gray (Gy). Con anterioridad, la unidad de medida fue el rad (1Gy = 100 rads, 1 kGy = 1000 rads) (Tabla 3.1). Las

Tabla 3.1. Unidades de dosis de radiación y radioactividad Unidades Definición Unidades antiguas conversión

gray (Gy) 1 Gy = 1 J/kg Rad 1 rad = 0.01 Gy 1 krad = 10 Gy 1 Mrad = 10 kGy

becquerel (Bq) 1 Bq = 1 desintegración/s curie (Ci) 1 Ci = 3.7 x 1010Bq = 37GBq 1 kCi = 37 TBq 1 mCi = 37 PBq

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

autoridades sanitarias y de seguridad han fijado las dosis seguras de irradiación para todos los alimentos en dosis de hasta 10kGy. En términos de relaciones de energía, un Gray equivale a un Julio de energía absorbida por kilogramo de alimento irradiado. La máxima dosis de 10 kGy, recomendada por la OMS, se halla incluida en el Codex General Standard for Irradiated Foods.

Fig. 3.1.- La irradiación permite inhibir la germinación de bulbos y tubérculos.

1.-Irradiación a dosis bajas –hasta 1kGy: inhibición de la germinación (patatas, cebollas, etc), retardo de la maduración, desinsestación, destrucción de parásitos (Entamoeba hystolytica, Toxoplasma gondii, Trichinella spiralis, Taenia solium y Taenia saginata).

La exposición del alimento a la fuente de irradiación debe ser la adecuada para producir los efectos deseados y mantener la calidad de los alimentos. En la mayoría de los países se encuentran definidas las dosis máximas y mínimas para un amplio rango de alimentos. La mayoría de los argumentos en contra de la irradiación de los alimentos, se derivan de los efectos adversos del empleo de esta tecnología, se refieren a dosis superiores a las aprobadas, y que superan incluso las dosis requeridas para su esterilización.

2.-Irradiación a dosis medias -1 a 10 kGy: reducción de los recuentos de microoragnismos alterantes, reducción o eliminación de patógenos no esporulados: Salmonella, Listeria monocytogenes, Campylobacter jejuni, Staphylococcus aureus, Escherichia coli O157:H7 …).

La irradiación de los alimentos puede ofrecer beneficios diversos a la industria alimentaria y al consumidor. Desde un punto de vista práctico, existen tres tipos de aplicaciones y rangos de dosis cuando los alimentos se tratan con radiaciones ionizantes (Tabla 2.2):

3.-Irradiación a dosis altas –superior a 10kGy-: reducción del número de microorganimos a niveles de esterilidad comercial. Las altas dosis de irradiación esterilizan el alimento, eliminando la totalidad

Fig. 3.2.- La irradiación permite prolongar la vida útil de las frutas inhibiendo el crecimiento de mohos y bacterias.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Tabla 2.2. Aplicaciones de la irradiación de alimentos: dosis de irradiación para la higienización y conservación de alimentos Beneficios

Rango efectivo de dosis (kGy)

Alimentos

Dosis baja (hasta 1 kGy) (i) Inhibición de la germinación

0.05 - 0.15

Patatas, cebollas, ajos, jengibre, ñame, etc.

(ii) Desinfectación de insectos y desinfección de parásitos

0.15 – 0.5

Cereales y legumbres, frutas frescas y secas, pescado y carnes secas, carne fresca de cerdo, etc

(iii)Retraso de procesos fisiológicos (ej. maduración)

0.25 – 1.0

Frutas y verduras frescas

(i) Extensión de la vida útil

1.0 - 3.0

Pescado fresco, fresas, setas, etc

(ii) Eliminación de microorganismos alterantes y patógenos

1.0 - 7.0

Mariscos frescos y congelados, pollo y carne fresca y congelada, etc.

(iii) Mejora de las propiedades tecnológicas de los alimentos

2.0 - 7.0

Dosis media (1-10 kGy)

Uvas (incremento del rendimiento en mosto), vegetales deshidratados (reducción del tiempo de cocción), etc.

Dosis alta (10-50 kGy) (i) Esterilización industrial (en combinación con temperaturas moderadas)

30 - 50

Carne, pollo, mariscos, alimentos preparados, dietas hospitalarias esterilizadas

(ii) Descontaminación de ciertos aditivos alimentarios e ingredientes

10 - 50

Especias, preparaciones enzimáticas, goma natural, etc

rilización en conservas. Sin embargo, la carne de ave y la carne de cerdo y vacuno esterilizada mediante irradiación presentan una mejor textura, apariencia y, en ciertas ocasiones, sabor y retención de

de microorganismos excepto virus y priones. Este proceso produce resultados similares, en lo que se refiere a la eliminación de patógenos, a los obtenidos mediante tratamientos térmicos de este44

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

vitaminas que los mismos alimentos esterilizados mediante procedimientos convencionales. La irradiación a bajas dosis se emplea para obtener los mismos efectos de pasterización obtenidos mediante procesos convencionales de pasterización térmica . Con frecuencia la irradiación es denominada proceso de pasterización fría puesto que con ellas se consiguen los mismos objetivos que con la pasterización térmica de alimentos líquidos, como la leche, sin incrementos sustanciales de la temperatura del producto. Las dosis de irradiación bajas y medias pueden producir los mismos efectos de pasterización por destrucción de agentes patógenos y parásitos de la carne y la carne de ave (Campylobacter, Salmonella, Listeria, E. coli, Yersinia, Aeromonas, Taenia solium y Taenia saginata y Trichinella), retrasando la alteración de los alimentos muy perecederos y aumentando la vida comercial de frutas y bayas.

a los tratamientos térmicos de pasteurización de los alimentos líquidos, por ejemplo de la leche, los cuales son muy efectivos y empleados ampliamente para este tipo de productos, pero que no resultan adecuados para alimentos sólidos como las carnes, pescados y mariscos, que se comercializan crudos. Tabla 3 Dosis de radiación letales para diferentes organismos Organismo Animales superiores Insectos Bacterias no esporuladas Esporos bacterianos Virus

Dosis (kGy) 0.005 a 0.10 0.01 a 1 0.5 a 10 10 a 50 10 a 200

Los cambios físicos y químicos producidos en los alimentos como consecuencia de los tratamientos de irradiación de alta energía también dependen de la energía absorbida. En función de la energía aplicada los tratamientos suelen clasificarse en:

La irradiación de los alimentos a las dosis de pasterización aprobadas tienen escaso o ningún efecto sobre el aroma. Las dosis de esterilización pueden afectar a la textura y el sabor de algunos alimentos. Algunos alimentos como la leche y algunos productos lácteos no son adecuados para ser tratados con esta tecnología, mientras que la mayoría de las especies de frutas y verduras no toleran dosis por encima de los 2 ó 3 kGy.

1.-Radapertización. La dosis requerida es de 25 a 45 kGy y su objetivo es reducir la carga microbiana hasta niveles equiparables a los de los procesos de esterilización térmica; en otras palabras, que prácticamente no se detecte ningún microorganismo excepto virus -se estima una reducción mínima del 99 % de la población inicial- en el alimento tratado.

Sin ninguna duda, la aplicación más importante de los tratamientos de irradiación es el aseguramiento de la calidad higiénica de alimentos sólidos y semisólidos, especialmente aquéllos de origen animal, mediante la inactivación de los microorganismos patógenos. La utilización de esta tecnología es comparable

2.-Raditización. La dosis requerida es de 2 a 8 kGy y su objetivo es reducir hasta límites remotos la probabilidad de supervivencia de las poblaciones de las especies de microorganismos pató45

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

genos no esporulados y de parásitos –en la práctica suele garantizar la ausencia del patógeno en 25 gramos del producto; véase capítulo 4-. 3.-Radicidación. La dosis requerida es de 0.4 a 10 kGy y su objetivo es reducir la carga microbiana total –de patógenos y alterantes- para alargar la vida útil de los alimentos. Fig. 3.3.- La irradiación permite inactivar parásitos.

4.- Aplicaciones de la irradiación de alimentos en la industria alimentaria

La importancia de las enfermedades asociadas al consumo de alimentos contaminados con agentes patógenos, tales como Escherichia coli O157:H7, Salmonella spp, Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes y Vibrio spp, se ha incrementado como consecuencia de la aparición de un alto número de casos y de la severidad de los procesos patológicos causados. Se ha establecido la existencia de una estrecha relación entre ciertos agentes patógenos y determinados tipos de alimentos. De este modo, los brotes de Salmonella spp y Campylobacter jejuni se han relacionado con el consumo de carne de pollo, mientras que E. coli O157:H7 se ha relacionado con el consumo de otros tipos de carne y de productos lácteos, zumos y vegetales. En el caso de Listeria monocytogenes, ésta se asocia con derivados lácteos, carnes procesadas y productos con una larga vida comercial a temperaturas de refrigeración; mientras que los brotes causados por Vibrio spp. se asocian al consumo de moluscos crudos.

La diversidad de efectos de las radiaciones ionizantes en los distintos componentes de los alimentos y en los principales agentes de alteración abren la posibilidad de aplicar tratamientos de intensidades muy diferentes con objetivos muy diversos, como anteriormente se ha indicado. 4.1- Reducción de microorganismos patógenos en alimentos Existe un amplio conocimiento -véase capítulo 2- de los efectos de la irradiación sobre los microorganismos presentes en los alimentos. Las grupos bacterianos más problemáticos desde el punto de vista del consumidor, tales como Salmonella, Shigella, Yersinia, Campylobacter y Listeria, son sensibles a la radiación y pueden eliminarse de un modo efectivo con dosis por debajo de los 10 kGy. Por ejemplo, dosis medias de irradiación son efectivas frente a E. coli 0157:H7 y Staphylococcus aureus, aunque la irradiación no destruye la toxina de esta última especie.

Por norma general, estos agentes patógenos presentan una alta radiosensibilidad, siendo relativamente fáciles de inactivar con tratamientos de baja inten46

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

sidad. De modo general, la efectividad de la irradiación en la reducción de los patógenos es una función exponencial de la dosis absorbida, lo que en principio haría recomendable la aplicación de tratamientos muy intensos para eliminar el riesgo; sin embargo, como más adelante discutiremos, altas dosis de irradiación pueden provocar cambios en las características sensoriales y nutritivas del alimento. Por tanto, cualquier tratamiento debe optimizarse para alcanzar un equilibrio entre la dosis óptima necesaria para obtener los efectos bactericidas deseados y aquellas en las que los cambios en las características sensoriales del alimento son asumibles.

Fig. 3.4.- La irradiación permite higienizar los alimentos.

sentar elevadas contaminaciones, por Salmonella y otros patógenos, y para el que la irradiación es un método efectivo de descontaminación. Los huevos y ovoproductos se encuentran con frecuencia contaminados por Salmonella y han sido objeto de numerosos estudios de irradiación. El huevo congelado y en polvo puede ser tratado por radiación a dosis de hasta 5kGy sin cambios en la calidad. Tratamientos de 2kGy se consideran eficaces frente a Salmonella en huevo en polvo y no provocan cambios en las propiedades sensoriales y funcionales. Los mariscos se encuentran contaminados con frecuencia por Salmonella spp, Vibrio parahaemolyticus, y Shigella spp; por ello, el consumo de mariscos frescos o inadecuadamente coci-

La aplicación de esta tecnología a las dosis adecuadas permite la reducción de determinados patógenos incluso en alimentos conservados por deshidratación o congelación; pero además, es hasta el momento, el único método eficaz para la eliminación de ciertos patógenos en alimentos frescos. Así, en canales de pollo, el empleo de dosis de 2.5 kGy son suficientes para la inactivación hasta niveles adecuados de Salmonella y Campylobacter. Tratamientos de igual intensidad se han mostrado también eficaces en la destrucción de E. coli O157:H7. Las ancas de rana son un alimento que puede también pre-

Tabla 4 Efecto de la irradiación sobre la letalidad en la población de patógenos (log10 UFC/g) Patógeno E.coli 0157:H7 Salmonella C. jejuni L. mono. S. aureus

0.50 Gy 1.64 0.62 2.13 0.82 1.10

1.0 kGy 3.26 1.25 4.26 1.64 2.21

1.5 kGy 4.89 1.88 6.38 2.46 3.11

2.0 kGy 6.51 2.50 8.51 3.28 4.42

2.5 kGy 8.14 3.13 10.64 4.10 5.12

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

4.2.- Descontaminación de cereales, hierbas y especias La irradiación puede eliminar insectos y microorganismos en cereales, legumbres, hierbas aromáticas y especias; y constituye, por tanto, un método alternativo de higienización frente a las tecnologías habituales de descontaminación por fumigación química con dibromuro de etileno, óxido de etileno y bromuro de metilo.

Fig. 3.5.- La irradiación permite descontaminar especias y condimentos. Evolución del volumen de irradiación.

dos se considera un factor de riesgo inaceptable. En gambas congeladas, la reducción de la flora patógena hasta niveles aceptables de seguridad requieren dosis de 3 kGy.

Las especias y las hierbas aromáticas presentan un característico y distintivo aroma, color y olor; y normalmente se encuentran contaminadas con altas concentraciones de microorganismos telúricos, procedentes del ambiente y/o de las condiciones de procesado. Puesto que las especias se usan como ingredientes de alimentos elaborados, es indispensable reducir las altas cargas microbianas hasta niveles aceptables antes de su uso. La utilización de tratamientos de higienización y/o esterilización basados en la aplicación de calor no resultan adecuados para

Por lo que respecta a la efectividad de la irradiación frente a parásitos en los alimentos, cabe destacar que resulta incluso más eficaz que para la inactivación microbiana. Así, se ha demostrado que las larvas de Trichinella spiralis pueden eliminarse mediante tratamientos con dosis de 0.3 kGy, y que el tratamiento de la carne a dosis de 0.5kGy es efectivo para la inactivación del parásito Toxoplasma gondii.

Fig. 3.6.- Efecto de la irradiación sobre la letalidad en la población de patógenos (log10 ufc/g).

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

este propósito puesto que pueden conducir a alteraciones de las propiedades sensoriales de los productos, afectado sobre todo a su color, olor y sabor.

bición en la Unión Europea. Por otro lado, también el bromuro de metilo, empleado para la fumigación de insectos en frutos secos y fruta fresca, está prohibido a escala mundial al ser un potente depresor del ozono atmosférico. La necesidad de mantener las propiedades de estas materias primas abre la puerta a la utilización de tecnologías de higienización en frío tales como la irradiación. La irradiación proporciona una alternativa libre de residuos a la fumigación con óxido de etileno asegurando la calidad higiénica de los ingredientes.

La alternativa tradicional al tratamiento por calor de hierbas y especias con fines bactericidas es la utilización de procesos de esterilización por fumigación con gases. El óxido de etileno se ha venido empleando para la fumigación de especias e ingredientes alimentarios con la finalidad de reducir la contaminación microbiana. Sin embargo, la toxicidad del óxido de etileno y de sus derivados –etilen clorhidrina- ha conducido a su prohi-

Tabla 5 Efecto de la irradiación en la calidad microbiológica de pimienta negra Organismos Aerobios Mesófilos Esporos aerobios mesófilos Resistentes 1min 80ºC Resistentes 20min 100ºC Esporos anaerobios mesófilos Resistentes 1min 80ºC Resistentes 20min 100ºC Enterobacterias Mohos

0 kGy 8,0

2 kGy 6,2

Log10 UFC/g 4 kGy 6 kGy 8 kGy 5,2 3,9 2,1

10 kGy <1,8

7,7 6,0

6,5 2,9

4,7 0,2

3,0 -

1,8 -

<1,8 -

7,5 5,9 4,7 4,6

6,1 <2,8 2,8 <1,8

3,1 <1,8 1,7 -

<1,8 <1,8 1,1 -

<1,8 <1,8 <0,5 -

<1,8 <1,8 -

Tabla 6 Extensión de la vida comercial de carne fresca no tratada y tratada mediante irradiación Producto cárnico Carne de ternera Lomo de ternera Hamburguesa de ternera Piezas cárnicas ternera Lomo de cerdo Carne picada de cerdo Cordero

Dosis (kGy) 2.5 2.0 1.54 2.0 3 1 2.5

Vida comercial (días) No tratado Tratado 2-3 9 8-11 28 8-10 26-28 nd 70 90 41 8 11.5 7 28-35

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

4.3- Extensión de la vida comercial

duplicarse, o incluso más si la temperatura de almacenamiento es inferior.

La vida comercial de frutas y vegetales, carnes y pescados puede prolongarse con procesos combinados que incluyen bajas dosis de radiación y refrigeración sin provocar modificaciones importantes del aroma y la textura. Es de destacar que algunos microorganismos alterantes psicrotrofos, como Pseudomonas spp, son relativamente sensibles a la irradiación. Por ejemplo, la irradiación de canales de pollo, obtenidas mediante procedimientos adecuados y siguiendo buenas prácticas de elaboración, con dosis de 2.5kGy permiten, además de eliminar Salmonella, eliminar la práctica totalidad de bacterias alterantes; de hecho, este tratamiento duplica la vida comercial de la carne de pollo refrigerada.

Sin embargo, no todas las frutas y vegetales son susceptibles de ser tratados por irradiación debido a cambios indeseables en el color, la textura o ambos, lo que limita su aceptabilidad. También, las diferentes variedades de la misma fruta o vegetal pueden responder de modo diferente a la irradiación. El momento de recolección y el estado fisiológico también afecta a la respuesta de las frutas y vegetales a la irradiación. Por ejemplo, si las fresas son tratadas antes de su maduración, no se produce el desarrollo de su característico color rojo. A altas dosis de irradiación (>25kGy) pueden alcanzarse niveles de esterilidad comercial similares a las de los tratamientos térmicos, de manera que los alimentos tratados pueden almacenarse a temperatura ambiente por un tiempo indefinido. Sin embargo, la irradiación no inactiva eficazmente los enzimas lo que limita su utilidad como método de esterilización – véase capítulo 1-.

La extensión de la vida comercial es especialmente importante en aquellos alimentos con una vida útil corta, como es el caso de algunas frutas y hortalizas. La exposición a dosis de irradiación bajas puede ralentizar la maduración de algunas frutas y vegetales y controlar el crecimiento de mohos en otras, extendiendo notablemente su vida comercial. Por ejemplo, el crecimiento de mohos del genero Botrytis acorta la vida comercial de la fresas en refrigeración, y un tratamiento de irradiación con dosis de 2 a 3 kGy, seguido de un almacenamiento a 10ºC, alarga su vida comercial hasta los 14 días, dependiendo de la calidad microbiológica inicial. La irradiación de champiñones con dosis de 2 a 3 kGy inhibe la apertura del «sombrero» y el alargamiento del «pie». Si a este tratamiento se une un almacenamiento posterior a 10ºC, la vida comercial de los champiñones llega a

Los alimentos esterilizados por irradiación son empleados para la alimentación de pacientes hospitalarios inmuno-

Fig. 3.7.- La irradiación es la tecnología elegida por la NASA para la esterilización de los alimentos para viajes espaciales.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

deprimidos que requieren alimentos esterilizados. También es utilizada la esterilización por irradiación en alimentos destinados a astronautas de los programas de la NASA, debido a que presentan una mayor calidad seguridad y variedad que los alimentos tratados con otras técnicas de conservación.

Otra aplicación importante de la irradiación, en el campo de desinfectación, es el del tratamiento de frutas frescas –cítricos, mangos, papaya-, con frecuencia infestadas con especies endémicas cuyo control exige la aplicación de estrictas medidas de cuarentena En este caso particular, la irradiación contribuye a controlar la diseminación de los parásitos y el deterioro de las frutas durante el periodo de cuarentena. En este mismo sentido, la desinsectación por irradiación tiene además importantes efectos sobre la economía de los países en desarrollo, puesto que facilitan el comercio exterior. La aparición en frutas de insectos, tales como la mosca de la fruta del Mediterráneo, de Oriente, de Méjico o del Caribe, a menudo ha conducido a la ruptura de los tratados de importación entre países. Se ha demostrado que dosis bajas de irradiación, comprendidas entre 0.15kGy y 0,3kGy, son suficientes para controlar la mosca de la fruta y otros insectos, lo que ha llevado a diversos países, como USA, a considerar la irradiación como sustituto de las cuarentenas.

4.4.- Desinfestación El principal problema asociado con la conservación de cereales y productos derivados es la infestación por insectos, que causan importantes daños a los productos almacenados. La irradiación de estos alimentos se ha mostrado como un método eficaz de control, constituyendo una alternativa al empleo de agentes químicos, como el bromuro de metilo. Dadas sus contraindicaciones, en la actualidad se tiende a la reducción del uso de bromuro de metilo y de fosfina con fines de desinsectación, lo que hace de la irradiación una tecnología de elección para el control de los insectos en los cereales. Además, la irradiación solventa el problema surgido con la aparición de resistencias a estos agentes químicos. La dosis requerida para una desinsectación adecuada son relativamente bajas, del orden de 1kGy o inferiores. Por todo ello, la irradiación se ha empleado ya para prevenir las pérdidas causadas por insectos en granos de cereales diversos, en harinas, en café, en frutos secos, etcétera. Como la mayoría de las tecnologías, la irradiación por sí sola no es suficiente para prevenir la reinfestación de los cereales. La ventaja frente a otros métodos de inactivación es que la irradiación puede aplicarse sin problemas al alimento previamente envasado, sin que pierda su eficacia.

4.5.- Inhibición de la germinación de tubérculos El problema de la germinación en patatas, cebollas, ajos, y otros tubérculos y bulbos, reduce su vida comercial durante el transporte desde las zonas de producción y/o el largo almacenamiento hasta su puesta en el mercado y consumo. La refrigeración solventa en parte estos problemas; sin embargo, en muchos casos se hace necesaria la aplicación de otras técnologías para inhibir la germinación. Hasta hace poco se usaban agentes químicos como la «hidrazina 51

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

málica», el «prophan» y el «cloroprophan». Desafortunadamente, estos inhibidores químicos de la germinación no son activos en determinadas condiciones de almacenamiento o dejan residuos en los productos, siendo en ocasiones nocivos para el hombre; esta circunstancia ha llevado a su prohibición en determinados países. Los tratamientos con radiaciones ionizantes pueden reemplazarlos, incluso a dosis muy bajas -0,15kGy o inferior-, inhibiendo eficazmente la germinación de patatas, cebollas y ajos, etcétera, y sin generar residuos tóxicos.

Además abaratan el almacenamiento posterior, que puede realizarse a temperaturas moderadas –entre 10 y 15ºC-, sin necesidad de emplear sistemas de refrigeración.

5.- Efectos de la irradiación sobre las características nutritivas y sensoriales de los alimentos Según se ha indicado anteriormente, la irradiación puede afectar a diversos

Tabla 7 Efecto de la radiación gamma sobre la concentración de vitamina A en productos de origen animal. Producto Huevo en polvo

Margarina Mantequilla Leche fresca Queso Cheddar

Dosis (kGy) 5 10 10 5 0.7 0.7 8.4 0.7 8.4 0.7 2.1 4.2

Condiciones Aire, 20ºC Vacío, 20ºC - 80ºC

% pérdida de vitamina A 23 6 7

Aire, 20ºC -2.2ºC -2.2ºC -2.2ºC -2.2ºC -2.2ºC -2.2ºC -2.2ºC -2.2ºC

15 7 26 78 31 85 7 32 47

Tabla 8 Efecto de la radiación gamma sobre la vitamina A en frutas y verduras. Producto Mango fresco Zanahoria fresca Espinacas congeladas

Forma de provitamina A Beta caroteno Carotenoides totales Carotenoides totales Beta caroteno Beta caroteno

Dosis (kGy) 0.75 0.25 0.75 0.08 0.5

% de pérdida provitamina A 0 25 20 – 40 30 0

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componentes de los alimentos -especialmente a través de mecanismos indirectos- que deben ser considerados antes de decidirse por la utilización de esta tecnología, o de establecer las dosis de tratamiento más adecuadas.

habituales, mientras que el resto de vitaminas del grupo B y la vitamina E son sensibles al proceso; en este último caso, sin embargo, el nivel de destrucción es similar al que se produce durante la esterilización térmica. Podemos concluir que, por lo general, la irradiación a las dosis recomendadas no tiene un efecto negativo importante sobre el contenido en nutrientes, y que en el caso particular de la esterilización con altas dosis de irradiación las pérdidas de vitaminas son semejantes a las que se producen en los procesos convencionales alternativos.

5.1- Pérdida de nutrientes por los tratamientos de irradiación Son numerosos los estudios que demuestran que los tratamientos de irradiación a bajas dosis no causan descensos destacables en la calidad nutricional de los alimentos ni en sus propiedades funcionales, ya que los macronutrientes, tales como las proteínas, carbohidratos y grasa permanecen relativamente estables. Tampoco, los aminoácidos esenciales, los ácidos grasos esenciales, los minerales y los diversos elementos traza experimentan pérdidas significativas. Los diferentes trabajos publicados han puesto de manifiesto que, cuando se producen, los cambios del valor nutritivo son dependientes de un gran número de factores. Entre éstos son de destacar la dosis de irradiación, el tipo de alimento, las condiciones de envasado y procesado -la temperatura, la presencia de oxígeno, etcétera-, y el tiempo de almacenamiento. Por ejemplo, algunas vitaminas, en especial la vitamina B1, se pierden parcialmente durante la irradiación; sin embargo, su pérdida puede minimizarse mediante la elección de condiciones adecuadas de irradiación, en especial si se excluye el aire durante el tratamiento y el posterior almacenamiento.

5.2.- Calidad de los productos irradiados Son numerosos los estudios que demuestran que la calidad sensorial de los productos tratados con radiaciones ionizantes a las dosis establecidas como adecuadas presentan características similares a los no tratados -p.e véase capítulo 3-. La ausencia de cambios importantes en las características sensoriales debidas a la irradiación se ha demostraTabla 9 Efecto de la radiación sobre el contenido en nutrientes de pollo cocinado (UI o mg/1000g) Nutriente Vitamina Vitamina A (IU) Vitamina E (mg) Tiamina (mg) Riboflavina (mg) Niacina (mg) Vitamina B6 (mg) Vitamina B12 (mg) Folato (mg) Ácido pantoténico (mg)

En el caso particular de las vitaminas B12, B5 y folacina se ha demostrado que son resistentes a la irradiación a dosis 53

No irradiado 2200.00 3.30 0.58 2.10 58.00 1.22 21.00 0.23 13.00

Irradiado 2450.00 2.15 0.42 2.25 55.50 1.35 28.00 0.18 17.00

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do tanto en ovoproductos como en carnes y pescados, tratados con diferentes dosis y almacenados en distintas condiciones. Por el contrario, los productos lácteos no pueden ser irradiados a ningún nivel de dosis debido a la aparición de aromas desagradables. En definitiva, y salvo algunas excepciones, siguiendo buenas prácticas de fabricación los alimentos irradiados son indistinguibles de los homónimos no irradiados.

tos que acompañan al producto, para garantizar su trazabilidad, deben incluir el tratamiento aplicado y la empresa irradiadora –véase capítulo 5-. En la etiqueta, los alimentos tratados por irradiación deben llevar la palabra «irradiado» – tratado con irradiación o tratado por irradiación- en un lugar destacado, así como el icono internacionalmente adoptado –radura- para designar esta tecnología.

6. Etiquetado de los alimentos irradiados En la Unión Europea (UE), la legislación referente a la utilización de radiaciones ionizantes está relativamente armonizada. Aunque existe una relación de las condiciones de tratamiento y una lista de alimentos susceptibles de ser procesados con esta metodología, existen notables diferencias en cuanto al número de productos irradiados en los diferentes países. La etiqueta de los alimentos irradiados debe incluir esta circunstancia obligatoriamente, bien en el envase bien en el embalaje, incluso aunque uno solo de los ingredientes haya sido sometido a este tratamiento. También los documen-

Fig. 3.5.- Símbolo internacional de identificación de los alimentos tratados por irradiación.

Bibliografía 1.- Crawford, L.M. and Ruff, E.H. (1996). A review of the safety of cold pasteurization through irradiation. Food Control, 7: 87-97. 2.- Farkas, J (1998). Irradiation as a method for decontaminating food. A review. International Journal of Food Microbiology 44: 189–204 3. Farkas, J (2006). Irradiation for better foods. Trends in Food Science & Technology 17 (2006) 148–152

Fig. 3.8.- Países en los que está aprobado el tratamiento por irradiación de determinados alimentos.

4.- Forsythe, R. (1998). Food Irradiation - To be or not to be?. Food Microbiology, 15: 251

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HIGIENIZACIÓN DE ALIMENTOS LISTOS PARA SU CONSUMO (RTE) MEDIANTE RADIACIONES IONIZANTES Prof. Juan A. Ordóñez. Dept de Nutrición, Bromatología y Tecnología de los Alimentos. Facultad de Veterinaria. Universidad Complutense. 28040-Madrid. Email: pereda@vet.ucm.es 1.- Alimentos listos para su consumo (RTE) y problemas higiénicos que plantea su elaboración. 2.- Concepto de objetivos de seguridad alimentaria (FSO) y de resultado (OR); y de criterios de resultado (CR) y del proceso (CP) 3.- Estimación de los objetivos de seguridad (FSO) y rendimiento (OR), y del criterio de rendimiento (CR) para el jamón cocido RTE respecto a L. monocytogenes. 4.- Radiaciones ionizantes y su aplicación a los alimentos RTE 4.1.- Consideraciones generales 4.2.- Organismos diana en la irradiación de productos RTE 4.3.- Optimización del tratamiento. Determinación del criterio del proceso (CP) 4.4.- Efectos en las propiedades sensoriales y funcionales 5.- Conclusión 6.- Bibliografía

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Alimentos listos para su consumo (RTE) y problemas higiénicos que plantea su elaboración

La moderna industria alimentaria, aparte de producir alimentos tradicionales, orienta sus actividades de acuerdo con la demanda de los consumidores, las rigurosas exigencias higiénicas impuestas por las autoridades sanitarias sobre seguridad de los alimentos y las necesidades nutricionales de la población, tanto de carácter general (alimentos saludables) o, en particular, para colectivos especialmente sensibles (hipertensos, ancianos, inmunocomprometidos diabéticos, obesos, etc.). La industria occidental, incluida la española, no ha sido ajena a estos desafíos y, por tanto, ha evolucionado para satisfacer las demandas anteriores dando lugar, por una parte, al advenimiento de nuevos productos, nuevas formulaciones, productos adicionados de ingredientes tecnológicos y funcionales, o nuevas formas de presentación de productos tradicionales para facilitar su consumo; y por otra, a la necesidad de estudiar las consecuencias que pueden conllevar algunos de los cambios que se han introducido en la producción de los nuevos productos.

Fig. 4.1.- El jamón cocido es uno de los productos cárnicos con mayores garantías sanitarias.

serrano, embutidos, mortadela, fiambres de ave, diversos tipos de pescado ahumado, quesos frescos y curados, hortalizas frescas, etc) en productos listos para el consumo (RTE), lo que implica una reducción de tamaño (lonchas, filetes, rodajas, piezas pequeñas, etc.) para suministrarlos en envases domésticos a las grandes superficies y minoristas. Otras veces, son las mismas grandes superficies (y a veces también los minoristas), las que preparan raciones familiares (lonchas, filetes, piezas pequeñas, etc.) y las envasan para su exposición y venta en vitrinas refrigeradas. Basta echar un vistazo a cualquier gran superficie para comprobar la existencia de numerosas vitrinas en las que se expone una ingente cantidad de productos, de origen tanto vegetal como animal, para la venta. La variedad de presentaciones y contenidos es casi inconmensurable.

La profunda transformación de los hábitos alimentarios se ha puesto de manifiesto sobre todo en las grandes urbes, en las que las distancias y la ajetreada forma de vida dificultan e incluso impiden perpetuar las usanzas gastronómicas de hace unos años. Así, cada vez es más frecuente el consumo de comidas preparadas, tanto en el hogar como fuera de él. Esta situación ha provocado que la industria alimentaria transforme alimentos ya procesados (jamón cocido, jamón

Cualquier operación de troceado, loncheado, dosificación, envasado u otras conducentes a facilitar la venta o el trabajo en el hogar, incrementa los riesgos 57

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La relevancia de estas bacterias es particular en cada caso. L. monocytogenes y Salmonella spp. pueden considerarse ubicuas por lo que se detectan con cierta frecuencia en una enorme variedad de alimentos. La característica más importante de E. coli O157:H7 es su baja dosis infectiva, lo que determina su peligrosidad. C. jejuni llega probablemente a los humanos a través de contaminaciones cruzadas, ya que es una bacteria exigente en lo que se refiere a sus condiciones de cultivo y necesidades nutritivas. Los más psicrotrofos son L. monocytogenes y Y. enterocolitica y, casi puede garantizarse que, en condiciones de refrigeración estricta (sin sobrepasar 3-4ºC), serán los únicos que puedan multiplicarse, por lo que el crecimiento de los restantes en un alimento mantenido en refrigeración suele quedar condicionado a una ruptura de la cadena de frío, hecho que, desgraciadamente, ocurre con relativa frecuencia en las grandes superficies y en los establecimientos de venta al detalle. No obstante, por una parte la patogenicidad de L. monocytogenes es mucho mayor que la de Y. enterocolitica y, por otra, esta última bacteria, acorde con su carácter de Gram negativa, es mucho más sensible que L. monocytogenes a los agentes disgenésicos y deletéreos.

Fig. 4.2.- Durante el loncheado y envasado, el jamón cocido puede contaminarse con patógenos y afectar a la salud pública.

de una contaminación. En la mayor parte de los casos, estos productos se envasan a vacío o en atmósferas modificadas y han de mantenerse en refrigeración hasta su venta, con el fin de alargar su vida útil. Estas operaciones de conservación restringen notablemente la microbiota capaz de sobrevivir y desarrollarse en tales condiciones, ya que seleccionan y «favorecen» el desarrollo de los microorganismos psicrotrofos y microaerófilos, o anaerobios, facultativos o no, tales como una parte de la microbiota láctica, Brochrothrix thermosphacta, ciertas enterobacterias, etc. En estas operaciones, sin embargo, diversos microorganismos patógenos, procedentes del entorno, utillaje empleado en las operaciones, manipuladores, etc., pueden alcanzar el alimento. Los microorganismos patógenos por vía alimentaria que pueden estar presentes en esos productos y en estas condiciones son fundamentalmente diversos serovares de Escherichia coli (incluido el O157:H7) y de Salmonella spp., Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes y Yersinia enterocolitica. Staphylococcus aureus adquiere importancia cuando se produce un aumento incontrolado de la temperatura de almacenamiento.

La evolución de la industria para adaptarse a los hábitos y demandas de la sociedad del siglo XXI ha dado lugar a nuevos problemas, algunos de gran importancia, como es el caso de la potencial contaminación de los alimentos por microorganismos patógenos durante su transformación en RTE que, no cabe duda, es necesario atajar para garantizar al consumidor el acceso a un alimento seguro. 58

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

tos es muy fiable, lo que ha hecho que tengan un historial sanitario envidiable; por ello, su consumo inmediato tras la apertura del envase prácticamente carece de peligros. Sin embargo, en la actualidad, una buena proporción de estos productos se transforman en RTE para su comercialización y venta al detalle, con los riesgos sanitarios potenciales que se han indicado anteriormente. Se hace necesaria, pues, su higienización.

En algunas ocasiones no es posible aplicar las tecnologías clásicas para la higienización de estos alimentos y en otras éstas son demasiado agresivas produciendo cambios sensoriales manifiestos, lo que va contra la demanda actual de los consumidores. Sin embargo, hay una serie de agentes biológicos (bacteriocinas, sistema lactoperoxidasa, lactoferrina, etc.), tecnologías emergentes (altas presiones, pulsos de luz, pulsos eléctricos, termoultrasonicación, etc.) y otras ya establecidas pero que apenas se han utilizado (radiaciones ionizantes) que pueden ser utilísimas para lograr la higienización de los productos RTE, minimizar los cambios sensoriales y nutritivos y, al tiempo, conseguir que tengan una vida útil adecuada para el uso que se espera de ellos.

Concepto de objetivos de seguridad alimentaria (FSO) y de resultado (OR); y de criterios de resultado (CR) y del proceso (CP)

Las exigencias de las autoridades sanitarias en las sociedades occidentales actuales son muy rigurosas, en un afán permanente por conseguir la máxima seguridad microbiológica de los alimentos, salvaguardando así la salud de los consumidores. Para colaborar con este encomiable fin, se han introducido recientemente una serie de nuevos conceptos en el campo de la seguridad alimentaria. Uno es el «Objetivo de Seguridad Alimentaria» (en adelante FSO, del inglés «Food Safety Objective») que se establece con la pretensión de alcanzar un nivel adecuado de protección del consumidor («ALOP», del inglés «Appropriate Level of Protection). El FSO se define como la máxima frecuencia o concentración de un peligro microbiano en un alimento en el momento de su consumo que ofrece el nivel de protección adecuado (1). El FSO depende de diversos factores; entre otros, además de la dosis infectiva del microorganismo o los microorganismos más representati-

En este contexto, las radiaciones ionizantes pueden constituir una tecnología de elección para la higienización de productos RTE, dado su grado de desarrollo, su fácil aplicación, y la posibilidad de diseñar procesos en continuo para alimentos ya envasados. Para evaluar las posibilidades de esta tecnología para la higienización de alimentos RTE se tomará como modelo el jamón cocido; no obstante, los conceptos que se utilizan en esta monografía son extrapolables a otros alimentos RTE, y en el caso particular de los productos cárnicos cocidos (jamón cocido, mortadelas, galantinas, fiambres de aves, choped, etc.) las conclusiones obtenidas para el jamón son, incluso, directamente aplicables. La fabricación industrial tradicional (tratamiento térmico unido a la nitrificación y almacenamiento del producto final bajo refrigeración) de estos produc59

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

tos son de interés para la salud pública y, por tanto, es necesario tomar decisiones para gestionar el riesgo con el fin de reducir el número de toxiinfecciones alimentarias. El nivel de riesgo que prevalece puede determinarse mediante la «estimación del riesgo», que es una forma sistemática de analizar la gravedad de un peligro, su nivel y la probabilidad de que se presente. Los detalles de cómo se acomete la estimación de riesgos microbiológicos se han descrito en diversas publicaciones (1, 2, 3, 4).

vos o de mayor importancia sanitaria en el producto, del tiempo de generación — en el caso de que las condiciones imperantes permitan el crecimiento—, de la contaminación inicial habitual del producto, de las condiciones habituales de almacenamiento y/o distribución hasta su venta, y de las prácticas culinarias y de consumo más implantadas para ese producto. La gestión del riesgo para eliminar/disminuir las toxiinfecciones alimentarias debidas a un determinado microorganismo incluye también otros conceptos que, a semejanza del anterior, se han acuñado en inglés, como: «performance objetive», «performance criterion» y «process criterion»; y cuya discutible traducción al castellano podría ser: «objetivo del rendimiento/resultado», «criterio del rendimiento/resultado» y «criterio del proceso». El «objetivo del rendimiento» se define (2) como: la frecuencia y/o concentración máxima de un peligro en un alimento, en una determinada etapa de la cadena de producción antes de su consumo, que proporciona (o contribuye a lograr), según se considere, el FSO o un ALOP adecuado. El «criterio del rendimiento» se define (2) como: el efecto que puede lograrse sobre la frecuencia y/o concentración de un peligro en un alimento mediante la aplicación de una o más medidas de control capaces de proporcionar (o contribuye a lograr), según se considere, el FSO o un ALOP adecuado. Finalmente, el criterio del proceso define los parámetros de control que es necesario aplicar en una etapa o en un conjunto de etapas para conseguir el criterio de resultado (1,2). Obviamente, los microorganismos patógenos transmitidos por los alimen-

En esta monografía se mostrará como ejemplo la estimación del riesgo en jamón cocido RTE referido a Listeria monocytogenes. El interés de L. monocytogenes en la seguridad microbiológica de los alimentos puede deducirse de los informes publicados acerca de la contaminación de productos cárnicos RTE, y de su prevalencia en los mismos (5, 6), así como de los datos de brotes de listeriosis debidos a estos productos (7, 8, 9). No obstante, quizás convenga aclarar que, aunque otros microorganismos patógenos pueden potencialmente llegar a los alimentos RTE durante su elaboración, L. monocytogenes es seguramente el que más preocupa debido a (1, 6, 10, 11): (a) Es un microorganismo ubicuo que puede llegar al producto en cualquier momento; (b) esta bacteria se adhiere fácilmente a las superficies de las carnes y otros alimentos y puede sobrevivir en «biofilms», consiguiendo así una gran persistencia en los ambientes donde se procesan alimentos; (c) L. monocytogenes es un microorganismo psicrotrofo y puede, por tanto, multiplicarse en los productos RTE durante el almacenamiento bajo refrigeración, pudiendo alcanzar niveles peligrosos antes de su venta; (d) las listerias 60

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

son muy difíciles de eliminar en los establecimientos que elaboran estos alimentos, debido a que se alojan en zonas muy recónditas de los equipos, como juntas, válvulas, etc. donde pueden persistir durante años y (e) el jamón cocido RTE, como otros productos similares, son de vida útil relativamente larga y se consumen normalmente sin un calentamiento previo (cocinado).

Fig. 4.3.- La irradiación no es un sustituto de las prácticas higiénicas de procesado.

Estimación de los objetivos de seguridad (FSO) y rendimiento (OR), y del criterio de rendimiento (CR) para el jamón cocido RTE respecto a L. monocytogenes

terior, normalmente en bolsas de plástico de tamaño doméstico bajo vacío o en atmósferas modificadas. La contaminación con microorganismos alterantes durante esta manipulaciones es prácticamente inevitable, incluso haciendo las operaciones en «salas blancas», pero también pueden llegar al producto microorganismos patógenos, sobre todo los que son más ubicuos, como L. monocytogenes, y multiplicarse durante el almacenamiento bajo refrigeración posterior.

El jamón cocido es un producto cárnico nitrificado, con una aw superior a 0,90 y un pH mayor de 5,5. Su fabricación industrial incluye un tratamiento térmico (alrededor de 75º C) que se aplica con fines tecnológicos (coagulación de la proteína, gelificación, estabilización del color por el nitrito y destrucción de bacterias alterantes) y, al mismo tiempo, con propósitos sanitarios, ya que dicho tratamiento destruye las bacterias patógenas no esporuladas, incluida L. monocytogenes. Se consigue así un producto seguro si ha sido tratado térmicamente en su propio envase y se almacena bajo refrigeración durante un tiempo adecuado. De hecho, estos productos han conseguido un historial sanitario envidiable, puesto que su consumo inmediato tras la apertura del envase, prácticamente, carece de peligros. Su transformación en producto RTE conlleva una reducción de tamaño, para formar: «lonchas», «cubos», «dedos», «barritas», etc., y su envasado pos-

Para estimar el FSO en alimentos donde L. monocytogenes puede presentarse, la dificultad principal es establecer la relación dosis-respuesta, debido a que no es fácil determinar la dosis infectiva de esta bacteria, que depende estrechamente del estado inmunológico del individuo afectado. Los datos publicados apuntan a que los niveles de L. monocytogenes en alimentos que han ocasionado toxiinfecciones alimentarias son habitualmente superiores a 100 ufc/g (12), estando normalmente comprendidos entre 102 y 106 ufc/g (1, 13) Por otra parte, aunque L. 61

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

extrapolarse a otros productos cárnicos cocidos, como mortadela, paleta cocida y jamón cocido, y también a otros alimentos RTE. La ICMSF (1), adoptando una postura conservadora, estima que la contaminación de salchichas cocidas con L. monocytogenes inmediatamente después de su elaboración industrial puede ser, en el peor de los casos, de 10 células/g. Este valor puede también asumirse para la contaminación del jamón cocido (y productos similares) tras las fases de loncheado/picado y posterior envasado. Por otra parte, la FDA (20), basándose en los resultados de varios autores (10, 21, 22, 23, 24), ha calculado los parámetros de multiplicación (log ufc/día) de L. monocytogenes, en productos de esta naturaleza, a 5ºC: 0,181 para salchichas de pavo, 0,09 para salchichas tipo Viena de pollo, 0,13 para bologna, 0,131 para «corned beef» (carne de vacuno cocida), entre 0,091 y 0,3 para jamón cocido y entre 0,064 y 0,168 para salchichas cocidas. Suponiendo que la vida útil del jamón cocido RTE a 5ºC es de 20 días, se produciría un incremento del número de L. monocytogenes de 2,7 unidades logarítmicas. Con estos datos (el FSO y el incremento del número de células durante el almacenamiento) puede estimarse un objetivo de rendimiento (FSO - Δ = OR) de -0,7 ciclos logarítmicos (= 2 – 2,7), es decir, 0,19 ufc/g (log 0,19 = - 0,7 ufc/g); y de - 4.09 ciclos logarítmicos (=-1,39 – 2,7), es decir, 7,9 x 10-5 ufc/g (log 7,9 x 105 = - 4,09 ufc/g); de acuerdo, respectivamente, a los criterios de la EC y USDA. En conclusión, a estos valores son a los que hay que reducir la contaminación por L. monocytogenes mediante la aplicación de cualquier proceso tecnológico para que el jamón cocido tenga, en el momento de su consumo, su correspon-

monocytogenes está ampliamente distribuida en el entorno alimentario y puede aislarse de numerosos productos, la listeriosis es relativamente infrecuente en humanos, habiéndose establecido entre 2-3 (14) y 5-6 casos (15) por año y millón de habitantes, lo que indicaría también que las infecciones se deben a la ingestión de dosis elevadas de L. monocytogenes (12,16). En cualquier caso, la opinión más generalizada es que se necesitan miles de células bacterianas para ocasionar la listeriosis en personas normales, mientras que en individuos sensibles (mujeres en gestación, individuos inmunocomprometidos, recién nacidos, ancianos, etc.) alrededor de 1.000 células pueden ser suficientes (17). Los análisis de estimación del riesgo realizados por la USDA llegan a la conclusión de recomendar «tolerancia cero» –ausencia del patógeno en 25 gramos de producto- para L. monocytogenes en productos cárnicos RTE; es decir, un FSO de 4 ufc/100g (log 0.04= - 1,39). Por su parte, la ICMSF, teniendo en cuenta los comentarios anteriores y otras peculiaridades de esta bacteria, concluye que un FSO adecuado para L. monocytogenes en productos cárnicos RTE puede ser, en general, de 102 ufc/g en el momento del consumo. La SCVPH de la EC (18) está en total acuerdo con el valor del FSO recomendado por la ICMSF. Estas dos últimas instituciones justifican el valor que recomiendan argumentando que una mayor severidad, como «ausencia en 25 g», no proporciona a efectos prácticos un mayor nivel de protección (19). Para establecer el OR para L. monocytogenes puede ser adecuado el razonamiento utilizado por la ICMSF (1) para salchichas tipo «frankfurt», ya que la estimación del riesgo en este alimento puede 62

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

diente FSO, es decir, sea microbiológicamente seguro.

principalmente son los patógenos no esporulados. No cabe duda que, al tiempo, se reduciría la carga de muchos microorganismos alterantes, en especial la microbiota aerobia Gram negativa, con lo que se conseguiría un aumento de la vida útil del producto final refrigerado.

Asumiendo la contaminación expresada anteriormente (10 células/g), durante la transformación del jamón cocido en producto RTE pueden calcularse criterios de rendimientos de 1,7 y 5,09 reducciones decimales para satisfacer los requerimientos de la EC y USDA, respectivamente, es decir, el tratamiento tecnológico ha de ser tal que su aplicación disminuya la contaminación del producto en el citado número de reducciones decimales. En el caso que nos ocupa, se pretende utilizar las radiaciones ionizantes generadas por un acelerador de electrones para reducir la contaminación a esos niveles.

Debido, por una parte, a los malos entendidos acerca de los posibles efectos biológicos de los alimentos irradiados (fundamentalmente como resultado de asociaciones equivocadas con la contaminación nuclear) y, por otra, al desconocimiento de los potenciales beneficios sociales que comportaría su uso, se han postulado argumentos diversos para posponer su introducción, con un éxito evidente. La mala reputación de esta tecnología no debe achacarse solamente a algunos grupos sociales realmente mal informados, sino también a algunos académicos supuestamente instruidos. Como resultado de esta desinformación y del consiguiente rechazo instintivo del consumidor medio, la irradiación de alimentos ha sido a menudo descartada en la práctica industrial, siendo utilizada solamente cuando todo lo demás fallaba. Aparentemente, esta situación esta cambiando (25).

Radiaciones ionizantes y su aplicación a los alimentos

4.1. Consideraciones generales Una de las aplicaciones potenciales del tratamiento de los alimentos con radiaciones ionizantes es la de destruir microorganismos alterantes y patógenos para, respectivamente, ampliar su vida útil o conseguir un producto final seguro. En primer lugar, hay que apuntar que, desde los puntos de vista tecnológico y sanitario, debido a la gran radiorresistencia de las esporas de Cl. botulinum, no parece que las radiaciones ionizantes puedan aplicarse para conseguir la esterilidad comercial de los alimentos (25). La aplicación de radiaciones ionizantes queda, por tanto, restringida a la higienización de alimentos, lo que implica que los microorganismos a tener en cuenta

En la actualidad, en la Unión Europea (UE) la única lista de alimentos o ingredientes alimentarios autorizados para el tratamiento con radiación ionizante es la aprobada por la Directiva 1999/3/CE: «hierbas aromáticas secas, especias y condimentos vegetales». Debido a la complejidad del asunto, la UE ha adoptado una postura de cautela con el inicio de un amplio debate para la aprobación de la lista de productos alimenticios que pueden someterse a la acción de radia63

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ciones ionizantes. En general, las organizaciones de consumidores fueron, durante la discusión correspondiente, muy críticas con el posible uso de esta tecnología. Según estas organizaciones, el beneficio que comporta el uso de la irradiación es cuestionable, así como la necesidad de irradiar alimentos; de hecho, afirmaban que esa necesidad desaparecería con la aplicación correcta de buenas prácticas de higiene. Mucho menos cautelosos han sido algunos estados miembros de la UE, como Francia, Holanda, Bélgica, Italia o el Reino Unido, que han autorizado la irradiación de toda una serie de alimentos o ingredientes alimentarios que van más allá de los comprendidos en la lista aprobada por la Directiva europea.

La postura más reciente acerca de las posibilidades y seguridad de las radiaciones ionizantes, quizás sea la emanada del I Congreso Mundial sobre Irradiación de Alimentos, celebrado en Chicago en Mayo de 2003 en el que se llegaron a las siguientes conclusiones y planes de acción, que la AESAN (25) suscribe íntegramente: - Cuatro décadas de estudios científicos dirigidos por expertos nacionales e internacionales revelan que la irradiación de alimentos es segura y efectiva y proporciona una calidad nutricional adecuada. - La irradiación puede aplicarse ampliamente como tratamiento higiénico y fitosanitario para una gran variedad de productos.

Los diferentes estudios científicos elaborados en 1980 por varios organismos internacionales, como la FAO, la OIEA y la OMS determinaron como segura una dosis máxima de 10 kGy en cualquier producto alimenticio. Por su parte, el Comité Científico de Alimentos de la UE ha emitido en 1986, 1992, 1998 y 2003 dictámenes favorables sobre la irradiación de alimentos, mostrando su conformidad para el tratamiento de diferentes productos alimenticios, como frutas, hortalizas, cereales, tubérculos, amiláceos, especias y condimentos, pescado, marisco, carnes frescas, carnes de aves de corral, quesos Camembert de leche cruda, ancas de rana, goma arábiga, caseína y caseinatos, clara de huevo, copos de cereales, harina de arroz y productos derivados de la sangre. La FDA ha aprobado la irradiación de carne (incluida la de ave) y permite su uso para otros alimentos, como frutas y hortalizas frescas y especias.

- La irradiación es un proceso alimentario admitido en el «Codex Alimentarius («Codex General Standard for Irradiated Foods») y debería considerarse como un proceso, no como un aditivo, por las agencias nacionales reguladoras de alimentos. - El volumen de alimentos irradiados librados al mercado en EEUU ha aumentado significativamente en los últimos años, pero la introducción total en el comercio es aún pequeña y el potencial de crecimiento elevado. Sin embargo, las cantidades de alimentos irradiados producidos en Europa han disminuido en los últimos años. - Un incremento en la consciencia pública acerca de las enfermedades alimentarias y en la responsabilidad de varios sectores de la industria alimentaria ha motivado que ésta última y los consu64

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midores acepten la irradiación de alimentos como una tecnología efectiva de protección frente a las enfermedades de transmisión alimentaria.

En definitiva, la normativa sobre la irradiación de los alimentos queda pendiente de resolver, y el grado de confianza del consumidor va a ser decisivo en la solución final que se adopte. En cualquier caso, se ha establecido ya una base normativa previa y se han impuesto ciertas condiciones que deben cumplirse estrictamente para proteger la salud y la seguridad de los consumidores. De momento, la información es el mejor instrumento con que cuenta el consumidor para ejercer y exigir su derecho a la seguridad alimentaria.

- La irradiación como tratamiento fitosanitario está alcanzando una gran importancia, seguida a la reciente introducción de frutas irradiadas procedentes de Hawai en algunas de las grandes cadenas de venta al por menor de Estados Unidos. Algunos países, como Brasil, Chile, México, Sudáfrica y Tailandia se están preparando para exportar fruta irradiada a los Estados Unidos, a raíz de la aprobación del tratamiento fitosanitario de irradiación por la USDA/APHIS en octubre de 2002.

4.2. Microorganismos diana en la irradiación de productos RTE.

- Con el aumento en las demandas por las autoridades reguladoras de la seguridad alimentaria desde «la granja a la mesa» y la globalización del comercio alimentario, se necesita urgentemente un esfuerzo concertado para comunicar la eficacia de la irradiación como un tratamiento higiénico y fitosanitario a todos los niveles de la industria alimentaria, incluyendo productores, fabricantes, distribuidores y organizaciones de consumidores. Los principales educadores pueden asistir significativamente en esta campaña de información pública.

La radiación, tanto ionizante como no ionizante, ocasiona daños diversos en las células, inactivándolas cuando afecta a una estructura crítica que, la mayoría de las veces, es el material genético. Su alteración impide la multiplicación celular y pone fin a muchas funciones fisiológicas. El daño en el material genético tiene lugar como resultado de una colisión directa de la energía radiante en dicho material, o como resultado de la ionización de una molécula adyacente, habitualmente de agua (Véase capítulo 2). Existe una amplia variación en la sensibilidad de los diferentes microorganismos frente a la radiación, pudiendo ordenarse, de más a menos resistentes, como virus —>—> esporas bacterianas —> bacterias gram positivas —> bacterias gram negativas —> mohos y levaduras —> parásitos. Entre las bacterias de interés sanitario, las gram positivas son, en general, ligeramente mas radiorresistentes que

- Se debe proporcionar una información correcta a los consumidores para que ellos acepten la irradiación de alimentos. - Los alimentos irradiados deben estar presentes en el mercado para permitir que los consumidores puedan optar por su elección.

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ra durante el tiempo de almacenamiento bajo refrigeración del producto irradiado. En definitiva, no han de preocupar otras bacterias patógenas: si la dosis aplicada es suficiente para conseguir una adecuada seguridad microbiológica respecto a L. monocytogenes, lo será también, no cabe duda, para aquellas bacterias de igual o menor radiorresistencia que, además, pueden controlarse con la refrigeración del producto. Ni siquiera un incremento incontrolado de la temperatura en unos pocos grados (2-3ºC) adquiriría mayor importancia sanitaria que la derivada de la multiplicación de L. monocytogenes.

las gram negativas, con valores D típicos entre 0,4 kGy y 1 kGy (26, 27, 28, 29, 30) en las primeras y de entre 0,1 kGy y 0,4 kGy las segundas (31, 32), siendo alguna especie de salmonela la que más se aproxima a los parámetros de las gram positivas, como es el caso de S. typhimurium, para la que se han descrito valores D en carne del orden de 0,5 kGy (27, 28, 29). Dejando de lado, por una parte, las esporas bacterianas y los virus y teniendo en cuenta, por otra, los comentarios y conceptos que se han descrito previamente, puede deducirse que las bacterias de interés sanitario más radiorresistentes son las Gram positivas Listeria monocytogenes y Staphylococcus aureus, para las que se han publicado valores D máximos en carne de 0,9 kGy (33) para L. monocytogenes y de 0,86 kGy para S. aureus (32). También tendrán importancia algunos serotipos de salmonelas, con valores D máximos de 0,567 kGy en carne asada de vacuno (27). Las restantes especies no esporuladas de interés sanitario son bastante más radiolábiles, y por tanto de menor significación: puede decirse que L. monocytogenes y S. aureus presentan una radiorresistencia similar y que la aplicación de dosis definidas para controlar estas dos bacterias ocasionará siempre una mayor reducción del número de las restantes. Son, pues, las dos especies mencionadas las que hay que tener presentes para establecer las dosis eficaces de un determinado tratamiento con radiaciones ionizantes. Sin embargo, atendiendo al carácter psicrotrofo de L. monocytogenes, deberíamos considerar a esta especie como la limitante del tratamiento, ya que no sólo es necesario reducir su número hasta niveles no infectivos sino que, además, hay que tener en cuenta el aumento de la población que se espe-

Listeria monocytogenes es el agente causal de una, en ocasiones grave, enfermedad alimentaria; aunque también puede transmitirse de la madre al feto. La enfermedad puede ser leve o severa y no cursa, como otras enfermedades intestinales, con fiebre, dolores abdominales, diarrea, etc. sino que se manifiesta, en su versión leve, con fiebre, dolores musculares y, a veces, náuseas. La modalidad grave (invasiva) se caracteriza por fiebre repentina, dolor de cabeza intenso, rigidez del cuello y mareos, pudiendo invadir el sistema nervioso con la aparición de pérdidas del equilibrio y convulsiones, meningitis y encefalitis y, finalmente, septicemia. Aunque cualquier persona puede adquirir la enfermedad, es muy poco común en niños, jóvenes y adultos con el sistema inmunitario sano pero hay un sector de la población, que se ha calculado en alrededor del 15% (34), especialmente sensible. Entre estos individuos pueden citarse a embarazadas (pueden abortar o presentar un parto prematuro), recién nacidos (pueden presentar retraso mental e hidrocefalia) e inmunocomprometidos (afectados de 66

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cáncer, SIDA, transplantes, diabetes u otras enfermedades). Son estos individuos los más propensos a adquirir la modalidad severa de la enfermedad que, según se estima, afecta anualmente en EEUU a alrededor de 2.500 personas, de las cuales 500 mueren (15).

4.3. Optimización del tratamiento. Determinación del criterio del proceso (CP)

Fig. 4.4.- Gráficas de superviviencia de Listeria monocytogenes Scott A (▲) y Listeria innocua (■).

La irradiación de los alimentos además de inactivar microorganismos produce habitualmente una pérdida de calidad, que es tanto más acusada cuanto mayor es la intensidad del tratamiento. Es por ello importante optimizar los tratamientos, entendiendo por optimización el cálculo y ajuste del tratamiento de menor intensidad capaz de garantizar el FSO. Para ilustrar el proceso de optimización, se ajustará el tratamiento para un producto concreto, jamón cocido, utilizando los datos obtenidos por el grupo de Tecnología de los Alimentos de la Universidad Complutense de Madrid. Se describirá también, siquiera brevemente, la metodología utilizada para la obtención de los parámetros de resistencia, que puede resultar de interés para los lectores.

se inocularon en lonchas (7 mm diámetro x 2 mm de espesor) obtenidas a partir de bloques de 1 kg de jamón cocido enlatado. Las lonchas se envasaron a vacío y se llevaron a la planta de irradiación IONMED (Tarancón, Cuenca) que utiliza una fuente de electrones acelerados (radiación beta) que opera a 10 MeV. Se aplicaron dosis de 1 a 8 kGy, evaluando la energía absorbida con dosímetros de triacetato de celulosa, irradiados con las muestras. Es importante realizar los experimentos en las mismas condiciones que se utilizan en la práctica industrial. Así, en este caso, se utilizaron lonchas envasadas a vacío por dos razones: (a) L. monocytogenes es más radiolábil en aerobiosis que a vacío o en atmósferas modificadas (35); y (b) el jamón cocido RTE se distribuye habitualmente en lonchas, o en porciones pequeñas de geometría diferente, envasadas a vacío.

Para optimizar el proceso de higienización de jamón cocido RTE mediante irradiación con electrones acelerados, se utilizaron 5 serotipos diferentes de L. monocytogenes y una cepa de L. innocua (NTC 11288); esta última con el fin de conocer su radiorresistencia y saber si podría utilizarse como especie de referencia, evitando así el riesgo de manipulación de la especie patógena. Las cepas

Las respuestas de las listerias frente a la radiación beta suele ajustarse a una cinética de primer orden, y así ocurrió en 67

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este ejemplo: las curvas de supervivencia de L. monocytogenes Scott Ay de L innocua se muestran en la figura 4.4, y los parámetros de las seis cepas ensayadas se recogen en la tabla 4.1. No se observaron diferencias importantes entre las cinco cepas de L. monocytogenes, y L. innocua mostró una valor D ligeramente superior a la cepa más resistente de L. monocytogenes, lo que significa que se puede usar como referencia y evitar así los riegos derivados de la manipulación rutinaria de la especie patógena.

ejemplo, Mendonca y col. (39) ofrecen valores comprendidos entre 0,41 y 0,65 kGy para células normales y «viejas» suspendidas en suero fisiológico, y Grant y Patterson, (27) y Dion y col., (40) entre 0,301 y 0,648 kGy y 0,16 – 0,38 kGy para diversas cepas de L. monocytogenes. En productos cárnicos se han hallado valores de 0,49 kGy, en broilers a 12 ºC (41), y 0,56 kGy, en mortadela (42). Teniendo en cuenta la radiorresistencia del serovar 1/2a (D = 0,48 kGy, o si se prefiere de L. innocua con un valor D de 0,49 kGy), se pueden deducir fácilmente los criterios de proceso (CP) para conseguir los FSO correspondientes a las especificaciones de la EC y USDA. Estos son de 0,82 kGy y 2,43 kGy, respectivamente serán suficientes para garantizar un grado de protección del consumidor adecuado (ALOP); aunque se podrían aumentar a 1,0 y 2,5 kGy como margen de seguridad.

Aunque se ha informado que la radiorresistencia de L. monocytogenes depende de las cepas, de su estado fisiológico, de la naturaleza del medio de tratamiento, temperatura, etc. (6, 36, 37, 38), las dosis de reducción decimal obtenidas en este caso concreto pueden considerarse como valores normales, dado que están en el intervalo descrito por diversos autores en una amplia variedad de condiciones. Por

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4.4. Efectos en las propiedades sensoriales y funcionales

grado de aceptación del producto por los consumidores. Es por este motivo que en la investigación que se utiliza como ejemplo se hicieron una serie de experimentos encaminados a conocer el efecto de la irradiación con electrones acelerados en la calidad sensorial del jamón cocido RTE envasado a vacío (46). Para ello, se trataron lonchas de jamón cocido RTE, envasadas en aerobiosis (control) y a vacío, con distintas dosis de irradiación y se almacenaron a 5 ºC hasta observar una alteración manifiesta. Se hicieron análisis instrumentales de textura (dureza, elasticidad, adhesividad, cohesividad y gomosidad) y color (parámetros L*, a* y b*); análisis microbiológicos para el establecimiento de la vida útil de las muestras irradiadas; y sensoriales (apariencia, olor y flavor) para establecer la vida útil (apariencia y olor) y determinar el efecto de las radiaciones.

Según se ha indicado previamente la irradiación puede afectar a las características sensoriales de los alimentos; por ello, antes de establecer un tratamiento definitivo es preciso evaluar sus efectos en la calidad del producto a irradiar. En el ejemplo que nos ocupa, las dosis calculadas para higienizar el jamón cocido RTE, incluida la más elevada (2,5 kGy), son mucho más bajas que las recomendadas (4,5 kGy) para descontaminar la carne fresca de ave y las carnes rojas (43), que además son más sensibles a los efectos de las radiaciones, especialmente del color que depende del estado de oxidación de la mioglobina. También se ha postulado (33, 44, 45) que la irradiación de la carne está limitada por la posible aparición de cambios en el aroma, color y flavor que influyen significativamente en el

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Los valores de L* (luminosidad), a* (tendencia al rojo) y b* (tendencia al amarillo) se determinaron al segundo y decimoctavo día del tratamiento, inmediatamente después de abrir las bolsas. No se observó efecto alguno (p>0,05) en el parámetro L* ni respecto de las dosis aplicadas ni del tiempo de almacenamiento. Sin embargo, se advirtió un claro efecto (p<0,05) de la dosis de irradiación (0, 1, 2, 3 y 4 kGy) en los parámetros a* y b*. Estos resultados indicarían un oscurecimiento progresivo de la carne con el aumento de la intensidad del tratamiento.

las muestras tratadas; así, el olor de las lonchas irradiadas con 1 kGy fue más apreciado por los catadores que el de los controles, aunque la valoración empeoró al aumentar la intensidad hasta 3 y 4 kGy. El efecto del tratamiento en la vida útil del jamón cocido RTE se muestra en la tabla 3. Como controles se utilizaron muestras tratadas en aerobiosis y muestras no irradiadas. En aerobiosis, las muestras no tratadas se alteraron pronto –en alrededor de una semana- con el desarrollo del clásico olor pútrido derivado de la microbiota aerobia Gram negativa. Las muestras almacenadas en aerobiosis pero previamente irradiadas mostraron un periodo de vida útil más prolongado; de hecho, la alteración no se observó hasta los 18 días cuando se aplicaron dosis de 2 kGy, y hasta los 22 días cuando se aplicaron 4 kGy. En estas muestras se detectó, desde el principio, un olor anómalo que se ha definido en la bibliografía especializada como «olor a medio de cultivo caliente (HCM)», pero que no ocasionó el rechazo por parte de los catadores. En las lonchas tratadas con 4 kGy se advirtió, además de este olor, otro que se ha definido en la bibliografía como «olor a pluma chamuscada (BF)». Las muestras envasadas a vacío, irradiadas o no, mostraron siempre una vida útil más prolongada que las correspondientes almacenadas en condiciones aeróbicas. La alteración, que en este caso se manifestaba por la aparición del «olor a carne envasada a vacío» – acido, quesería, leche cortada-, no se produjo hasta los 22 días, tiempo similar al observado por otros autores (47, 48). En las muestras irradiadas, además de lograrse el FSO, la vida útil se amplió considerablemente, ya que las irradiadas con 2 kGy

En la tabla 4.2 se muestran los resultados del análisis sensorial de las muestras irradiadas y de los controles. No se observaron diferencias significativas (p>0,05), ni a los 2 ni a los 18 días, en la apariencia de las muestras tratadas con 0, 1 y 2 kGy, pero sí con dosis más elevadas. En las muestras tratadas con 3 y 4 kGy, el color se juzgó como «más oscuro», lo que coincidía con el análisis instrumental. A pesar de que el oscurecimiento era manifiesto, las muestras más oscuras también fueron calificadas como aptas para su comercialización por el panel de catadores. El olor y flavor de las muestras control y las irradiadas con 1 kGy mostraron una tendencia similar a los 2 días de almacenamiento, es decir, no se observaron diferencias significativas. Estas muestras se calificaron como iguales que el jamón cocido convencional presente en el mercado. Con 2 kGy las diferencias eran muy escasas, pero a partir de esta dosis, es decir con 3 y 4 kGy, las diferencias eran claras. Cuando las muestras se almacenaron durante 18 días se modificó de forma importante el perfil del olor y flavor, pero en sentido favorable para 70

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fueron aptas para su consumo después de más de 30 días de almacenamiento y las tratadas con 4 kGy contenía a los 41 días una carga microbiana de solo 105 ufc/g, unas 2,5 unidades logarítmicas por debajo del nivel de alteración.

2.- Stringer, M., 2005. Summary report: food safety objectives-role in microbiological food safety management. Food Contr. 16, 775794. 3.- Buchanan, R.L., Cole, M., Lammerding, A.M., Clarke, I.R., van Schothorst, M., Roberts, T.A., 1998. Potential application of risk assessment techniques to microbiological issues related to international trade in food and food products. J. Food Prot. 61, 10751086. 4.- Walls, I. y Buchanan, R.L., 2005. Use of food safety objectives as a tool for reducing foodborne listeriosis. Food Contr. 16, 795799. 5.- Gombas, D.E., Chen, Y., Clavero, R.S. y Scott, V.N., 2003. Survey of Listeria monocytogenes in ready-to-eat foods. J. Food Prot. 66, 559-569. 6.- Zhu, M., Du, M., Cordray, J. y Ahn, D.U., 2005. Control of Listeria monocytogenes contamination in ready-to-eat meat products. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 4, 34-42. 7.- (CDCP) Centers for Disease Control and Prevention, 1999. Update: multistate outbreak of listeriosis-United States. Morbidity and Mortality Weekly Report 47, 1117-1118. 8.- (CDCP) Centers for Disease Control and Prevention, 2000. Multistate outbreak of listeriosis-United States. Morbidity and Mortality Weekly Report 49, 1129-1130. 9.- (CDCP) Centers for Disease Control and Prevention, 2002. Multistate outbreak of listeriosis-United States. Morbidity and Mortality Weekly Report 51, 950-951. 10.- Glass, K.A. y Doyle M.P., 1989. Fate of Listeria monocytogenes in processed meat products during refrigerated storage. Appl. Environ. Microbiol. 55, 1565-1569. 11.- Farber, J.M. y Perkins, P.I. 1999. Incidence and behaviour of Listeria monocytogenes in meat products. En «Listeria, listeriosis and food safety» 2ª ed. Eds. E.T. Ryser y e.H. Marth. Marcel Dekker, Inc. New York. 12.- SCVPH (Scientific committee on veterinary measures relating to public health), 1999. Opinion on Listeria

5. Conclusión El tratamiento con radiaciones ionizantes (electrones acelerados/radiación beta) es un método eficaz para garantizar la seguridad y prolongar la vida útil de los alimentos RTE, del tipo del jamón cocido lonchado y envasado a vacío. Es posible aplicar tratamientos de intensidad suficiente para alcanzar los FSO sin alterar de forma importante las características sensoriales de estos productos. En el ejemplo –jamón cocido-, dosis de 1 kGy permiten higienizar el producto a los niveles exigidos en la UE (FSO = 102 ufc/g) sin que se aprecien modificaciones de la calidad sensorial. Con dosis de 2,5 kGy se satisface el criterio de EEUU (y otros países como Japón y Canadá), es decir un FSO de ausencia en 25 g, aunque la mayor agresividad del tratamiento produce ligeros aromas anómalos que, sin embargo, no lo hacen rechazable para el panel de consumidores.

Bibliografía 1.- ICMSF (International Commission on Microbiological Specification for Foods). 2004. Microorganismos de los alimentos 7. Analisis microbiológico en la gestión de la seguridad alimentaria. Acribia. Zaragoza.

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13.14.-

15.-

16.-

17.-

18.-

19.-

20.-

21.-

monocytogenes. Adopted on 23 September 1999. McLauchlin, J., 1996. The relationship between Listeria y listeriosis. Food Contr. 7, 187-193. Mead, P.S., Slutsker, L., Dietz, V., McCaig, L.F, Bresee, J.S., Shapiro, C., Griffin, P.M. y Tauxe, R.V., 1999. Food related illness and death in the United States. Emerg. Infec. Dis. 5, 607-625. (CDCP) Centers for Disease Control and Prevention, 2003. Disease information. Listeriosis. Revised 01/12/0. http://www.cdc.gov/ncidod/dbmd/diseaseinf o/listeriosis_g.htm Notermans, S., Dufrenne, J., Teunis, P. y Chackraborty, T., 1998. Studies on the risk assessment of Listeria monocytogenes. J. Food Prot. 61, 244-248. Anonym, 2005. Listeriosis. Center for Food Security and Public Health. College of Veterinary Medicine, Iowa State University, http://www.cfsph.iastate.edu/Factsheets/pdf s/listeriosis.pdf SCVPH (Scientific committee on veterinary measures relating to public health), 2005. European Commision (2005). Commission Regulation (EC) No 2073/2005 of 15 November 2005 on microbiological criteria for foodstuffs. Off. J. Eur. Union, 48 (L338), 1-26». Ross, T., Todd, E. y Smith, M. 2000. Exposure Assessment of Listeria monocytogenes in ready-to-eat foods. Preliminary Report for Joint FAO/WHO Expert Consultation on Risk Assessment of Microbiological Hazards in Foods, Rome: FAO. FDA, 2003. Quantitative Assessment of relative risk to public health from foodborne Listeria monocytogenes among selected categories of ready-to-eat foods. Appendix 8: Growth of Listeria monocytogenes in foods. http://vm.cfsan.fda.gov/~dms/lmr2-a8.html Grau, F.H., Vanderlinde, P.B., 1992. Occurrence, numbers, and growth of Listeria monocytogenes on some vacuum-

22.-

23.-

24.-

25.26.-

27.-

28.-

29.-

30.-

31.-

packaged processed meats. J. Food Prot. 55, 4-7. McKellar, R.C., Moir, R. y Kalab, M., 1994. Factors influencing the survival and growth of Listeria monocytogenes on the surface of Canadian retail wieners. J. Food Prot. 57, 387-392. Wederquist, H.J., Sofos, J.N. y Schmidt, G.R., 1994. Listeria monocytogenes inhibition in refrigerated vacuum packed turkey bologna by chemical additives. J. Food Sci. 59, 498-500, 516. Bredholt, S., Nesbakken, T. y Holck, A. 1999. Protective cultures inhibit growth of Listeria monocytogenes and Escherichia coli O157:H7 in cooked, slice, vacuumand ges- packaged meat. Inter. J. Food Microbiol. 53, 43-52. AESAN (Agencia Española de Seguridad Alimentaria y Nutrición). Rev. Comité Cient. Nº 2, 1-43. Palumbo, S.A.; Jenkins, R.K., Buchanan, R.L. y Thayer, D.W. 1986. Determination of irradiation D value for Aeromonas hydrophila. J. Food Prot. 49,189-191 Grant, I.R. y Patterson, M.F., 1992. Sensivity of foodborne pathogens to irradiation in the components of a chilled ready meal. Food Microbiol. 9 (2), 95-103. Tarkowski, J.A., Stoffer, S.C.C., Beumer, R.R. y Kampelmacher, E.H. 1984. Low dose gamma irradiation of raw meat. I. Bacteriological and sensory quality effects in artificially contaminated samples. Int. J. Food Microbiol. 1:12-23. Thayer, D.W. y Boyd, G., Muller, W.S., Lipson, C.A., Hayne, W.C y Baer, S.H. 1990. Radiation resistance of Salmonella. J. Ind. Microbiol. 5, 383-390. Sommers, C. H., Niemira, B.A., Tunick, M. y Boyd, G., 2002. Effect of temperature on the radiation resistance of virulent Yersinia enterocolitica. Meat Sci. 61, 323328. Huhtanen, C.N., Jenkins, R.K. y Thayer, D.W.col. 1989. Gamma irradiation sensitivity of Listeria monocytogenes. J. Food. Prot. 52, 610-613.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

32.- Thayer, D.W. y Boyd, G. 1992. Gamma ray processing to destroy Staphylococcus aureus in mechanically deboned chiken meat. J. Food Sci. 57, 848-851 33.- Patterson, R.L. y Stevenson, M.H., 1995. Irradiation-induced off-odor in chicken and its possible control. Br. Poultr. Sci. 36, 425-441. 34.- Buchanan, R.L., Damart, W.G., Whiting, R.C. y van Schothorst, M. 1997. Use of epidemiological and food survey data to estimate a purposefully conservative dose response relationship for Listeria monocytogenes levels and incidence of listeriosis. J. Food Prot. 60, 918 – 922. 35.- Thayer, D.W. y Boyd, G., 1999. Irradiation and modified atmosphere packaging for the control of Listeria monocytogenes on turkey meat. J. Food Prot. 62(10), 11361142. 36.- Augustin, J.C., 1996. Resistance of Listeria monocytogenes to physical exposure. Pathol. Biol. 44, 790-807. 37.- Tarte, R.R., Murano, E.A. y Olson, D.G., 1996. Survival and injury of Listeria monocytogenes, Listeria innocua and Listeria ivanovii in ground pork following electron beam irradiation. J. Food Prot. 59, 596-600. 38.- Mahapatra, A.K., Muthukumarappan, K. y Julson, J.L., 2005. Applications of ozone, bacteriocins and irradiation in food processing: a review. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 45, 447-461. 39.- Mendonca, A.F., Romero, M.G., Lihono, M.A., Nannapaneni, R. y Jonson, M.G., 2004. Radiation resistance and virulence of Listeria monocytogenes Scott A following starvation in physiological saline. J. Food Prot. 67, 470-474. 40.- Dion, P., Charbonneau, R. y Thibault, C., 1994. Effect of ionizing dose rate on the radioresistance of some food pathogenic bacteria. Can. J. Microbiol. 40 (5), 369374.

41.- Patterson, M.F., 1989. Sensivity of Listeria monocytogenes to irradiation on poultry meat and in phosphate buffered saline. Lett. Appl. Microbiol. 8, 181-184. 42.- Sommers, C., Fan, X., Niemira, B.A. y Sokorai, K., 2003. Radiation (gamma) resistance and postirradiation growth of Listeria monocytogenes suspended in beef bologna containing sodium diacetate and potassium lactate. J. Food Prot. 66, 20512056. 43.- ADA, 2000. Food irradiation-position of American Dietetic Association. J. Amer. Diet. Assoc. 100, 246-253. 44.- Ahn, D.U., Jo, C., Du, M., Olson, D.G. y Nam, K.C., 2000. Quality characteristics of pork patties irradiated and stored in different packaging and storage conditions. Meat Sci. 56, 203-209. 45.- Du, M., Ahn, D.U., Mendonca, A.F. y Wesley, I.V., 2002. Quality characteristics of irradiated ready-to-eat breast rolls from turkeys fed conjugated linoleic acid. Poult. Sci. 81, 1378-1384. 46.- Cabeza, M.C., Hoz, de la, L., Cambero, I. y Ordóñez, J.A. (2006) Elimination of Listeria monocytogenes from ready-to-eat (RTE) cooked ham by E-beam irradiation. Innov. Food Sci. Emerg. Technol 8, 299305. 47.- Dainty, R.H., Shaw, B.G. y Roberts, T.A., 1983. Microbial and chemical changes in chill-stored red meats. In Food Microbiology: Advances and Prospects. Eds. Roberts, T.A. & Skinner, F.A. pp. 151-178. London: Academic Press. 48.- De Pablo, B., Asensio, M.A., Sanz, B. y Ordóñez, J.A., 1989. The D(-) Lactic acid and acetoin/diacetyl as potential indicators of the microbial quality of vacuum-packed pork and meat products. J. Appl. Bacteriol. 66, 185-190.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

TECNOLOGÍA DE IONIZACIÓN CON ELECTRONES DE ALTA ENERGÍA: APLICACIONES EN LA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA Dña. Olga Melero Morales. Dept. de Desarrollo Comercial IONMED. Polígono industrial Tarancón Sur. C/Rocinante, parcela 50. 16400-Tarancón. Cuenca. Email:omm@ionmed.es Dr. Rafael Pagán Tomás. Dept. de Producción Animal y Ciencia de los alimentos. Facultad de Veterinaria. Universidad de Zaragoza. C/Miguel Servet 177, 50.013Zaragoza. E-mail:pagan@unizar.es 1.- Principios básicos de la irradiación. 1.1.- Instalaciones 2.- IONMED, una empresa española de alta tecnología. 2.1.- Principios básicos de los aceleradores de electrones. 2.2.- Descripción de la instalación. 2.3.- Cualificación de la instalación. 2.4.- Cualificación del producto. 2.5.- Cualificación del proceso. 2.6.- Descripción del proceso de esterilización. 2.7.- Trazabilidad y control del proceso. 2.7.1.- Control del proceso. 2.8.- Control dosimétrico. 2.8.1.- Descripción de los sistemas de dosimetría de la planta. 2.8.2.- Calibración de los dosímetros de rutina.

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1.- Principios básicos de la irradiación

co, y las radiaciones corpusculares del tipo beta en forma de haces de electrones.

Se entiende por radiación la emisión y propagación de energía a través del espacio o de un medio material, como por ejemplo las ondas luminosas o las ondas sonoras. Entre las radiaciones hay dos tipos que nos interesan: las electromagnéticas y las corpusculares.

La ionización consiste, básicamente, en el desplazamiento de electrones fuera de sus órbitas habituales en la corteza atómica, como consecuencia de la energía absorbida. Si esta energía absorbida es suficiente se puede producir además la expulsión de estos electrones del entorno del núcleo o la ruptura de enlaces moleculares. La molécula del agua nos puede servir para ilustrar este fenómeno. Si el electrón afectado tan solo cambia de orbital o nivel energético puede formarse una partícula excitada, pero si la energía de la radiación es suficiente se puede producir la ruptura de cualquiera de los enlaces covalentes que une los hidrógenos con el oxígeno y dar lugar a dos radicales libres: un radical hidróxilo y un radical hidrógeno. Estos radicales son altamente reactivos debido a que en su orbital más externo tienen un electrón desapareado y tienden a unirse con los átomos o moléculas próximas. Si por el contrario el electrón afectado es expulsado de la molécula entonces se formarán iones -partículas con carga-, también altamente reactivos (figura 5.5). Por su parte, si la energía de este electrón es sufi-

Las radiaciones electromagnéticas se caracterizan porque carecen de masa y están constituidas por cuantos o fotones. Se clasifican por su frecuencia y, como se observa en la figura 5.1, van desde las ondas de radiofrecuencia hasta los rayos cósmicos, e incluyen, como es sabido, la luz visible. Las radiaciones corpusculares, por el contrario, se caracterizan porque sí tienen masa, e incluyen, por ejemplo, a los núcleos de helio, los protones, los neutrones y los electrones, a los que se denominan radiaciones corpusculares tipo beta. Las radiaciones ionizantes son aquellas capaces de transmitir al material irradiado energía suficiente para provocar su ionización. Las radiaciones de este tipo utilizadas en los alimentos son: los rayos gamma y X del espectro electromagnéti-

Fig. 5.1.-Las radiaciones elecromagnéticas con energía suficiente para producir la ionización de los alimentos incluyen los rayos gamma y X.

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mentaria va de 50Gy hasta 10 kGy. Un tratamiento a la dosis máxima -10 kGy-, que transmitiría 10.000 J por Kg de producto, aumentaría su temperatura tan sólo 2,4ºC; por ello, algunos autores denominan a la irradiación de los alimentos esterilización fría. (10 J/g; el calor específico del agua son 4,2 J/g ºC; por tanto 10/4,2 =2,4ºC).

Fig. 5.2.- Ionización de un átomo como consecuencia de la irradiación.

Una de las principales preocupaciones del consumidor es que los alimentos irradiados puedan tornarse radioactivos –radiación inducida- como consecuencia del tratamiento de ionización, es decir que sean capaces de emitir radiaciones secundarias. Para evitar este problema, el Comite Mixto de expertos en irradiación de alimentos (ICGFI: International Consultative Group of Food Irradiation) autorizó en 1981 tan solo el uso de determinadas fuentes de radiación con niveles de energía muy inferiores a los que podrían inducir radioactividad. Estas fuentes son: los rayos gamma generados por radionúclidos de cobalto y cesio, cuyas energías son respectivamente 1,25 y 0,66 MeV; los rayos X generados en aceleradores de electrones, con una energía inferior a 5 MeV; y los haces de electrones aceleradores, con una energía máxima de 10 MeV. Además, se recomendaron unas dosis máximas de 10 kGy, ya que se ha comprobado que tratamientos con dosis inferiores no representan problemas toxicológicos ni introducen riesgos desde un punto de vista nutricional o microbiológico. Diversos estudios han demostrado que, al nivel de energía permitido y con estas dosis, la posible radioactividad inducida en los alimentos es del orden de 100 millones de veces inferior a la radioactividad de fondo habitual en los alimentos que consumi-

ciente, éste será todavía capaz de producir la ionización en las moléculas más próximas propagando el efecto. A este fenómeno se le denomina «ionización secundaria». El tipo de partícula formada, ya sean partículas excitadas, radicales libres o iones, depende de la naturaleza del material irradiado y de la cantidad de energía de la radiación. La unidad de medida de la energía de una radiación es el electrón-voltio que es el equivalente a la energía cinética adquirida por un electrón que está siendo acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio: 1eV= 1,6 x 10-19J. Normalmente, por ser una unidad demasiado pequeña se utiliza el megaelectrón-voltio:1 MeV=106 eV. Por otra parte, se utiliza el término dosis de radiación para definir la cantidad de energía absorbida por un producto durante la irradiación. Anteriormente se expresaba en rad, que equivale a una cantidad de energía absorbida de 100 ergios/gramo, pero en la actualidad se usa el Gray (Gy) - equivalente a 100 radsque representa un tratamiento capaz de transmitir 1 Julio de energía por kg de producto irradiado. El rango habitual de energías de irradiación en la industria ali78

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mos. De hecho, en la actualidad, la OMS considera que se podrían utilizar perfectamente dosis de radiación bastante superiores.

1.1.- Instalaciones Las instalaciones utilizadas para irradiar alimentos pueden ser, según la fuente de irradiación, de tres tipos: instalaciones de rayos gamma, aceleradores de electrones e instalaciones de rayos X.

Fig. 5.3.- Fuentes de irradiación de instalaciones de rayos gamma y de aceleradores de electrones.

producir la ionización, pero los rayos gamma sí; además, tienen una capacidad de penetración de entre 20 y 40 cm, lo que constituye la principal ventaja de estas instalaciones.

Las instalaciones de rayos gamma utilizan isótopos radioactivos de cobalto y de cesio. Los isótopos radiactivos son elementos inestables que se desintegran constantemente hasta convertirse en elementos estables siguiendo una cinética de primer orden. La vida útil de estos radioisótopos es distinta y la unidad de medida es el «tiempo de semidesintegración»(TSD) que se define como el tiempo requerido para que se produzca la desintegración de la mitad de los átomos. El isótopo radioactivo más utilizado en las instalaciones de rayos gamma es el 60Co, cuyo tiempo de semidesintegración es de 5,3 años.

El otro isótopo radioactivo utilizable en las instalaciones de rayos gamma es el Cesio137 que se obtiene reprocesando las barras del combustible consumidas en los reactores nucleares -este es un subproducto de la desintegración del uranio; sin embargo, su uso no se ha extendido ya que su efectividad es menor que la del anterior y, a diferencia del 60Co, genera residuos contaminantes. El tiempo de semidesintegración del 137Cs es de 30 años.

El 60Co es un isótopo se obtiene a partir del Co 59 al someter a este elemento a un bombardeo con neutrones en un reactor nuclear. El 60Co así formado emite, en su desintegración, electrones de 0,31 MeV y rayos gamma, estos últimos en dos longitudes de onda con una energía de 1,17 y 1,33 Mev respectivamente. En este proceso de desintegración el 60Co se transforma de nuevo en un elemento estable, el Ni 60. Los electrones emitidos no son suficientemente energéticos para

Todas las instalaciones de irradiación de alimentos con rayos gamma constan de estos componentes: una fuente de radiación, normalmente de 60Co; una piscina de agua, para el almacenamiento del isótopo radioactivo; una cámara de irradiación, aislada del exterior; y un mecanismo de transporte del producto, normalmente una cinta transportadora. El isótopo radioactivo, que continuamente emite radiación, se mantiene almacena79

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nes es que la capacidad de penetración de los electrones, a la máxima energía permitida -10 Mev-, no supera los 5 cm. Una ventaja importante de los actuales aceleradores de electrones es que son equipos muy compactos y seguros. Una instalación de haces de electrones está constituida por: el acelerador de electrones, normalmente ubicado en la parte superior del edificio; una cámara de tratamiento, normalmente en la parte inferior y de características similares a las descritas para las instalaciones de rayos gamma; y un sistema de transporte, que hace circular el alimento hasta un punto donde es barrido por el haz de electrones. Debido al menor poder de penetración de esta radiación, el alimento se distribuye sobre la cinta transportadora en capas de escaso grosor (figura 5.4), normalmente de menos 10 centímetros, o se voltea y reprocesa por dos caras.

Fig. 5.4.- Esquema general de una instalación de irradiación con rayos gamma.

do, por razones de seguridad, en la piscina de agua -normalmente a 6 metros de profundidad-; para su utilización (figura 5.4), un ascensor lo eleva hasta la cámara de tratamiento por donde circulará el producto arrastrado por la cinta transportadora. Esta cámara está aislada con paredes de hormigón, de hasta 3 metros de grosor, para impedir que se libere radiación al medio ambiente, aunque para facilitar su uso suelen diseñarse abiertas, razón por la que presentan forma de laberinto –las radiaciones sólo progresan en línea recta-. El uso del 60Co es especialmente ventajoso porque estas instalaciones no acumulan desechos radiactivos ya que el cobalto agotado puede ser sometido de nuevo a un bombardeo con neutrones para su reutilización.

Las instalaciones de rayos X son muy semejantes a las anteriores, pero en este

Otro tipo de instalaciones son las de electrones acelerados. En estas, los electrones emitidos por un cátodo –normalmente filamentos incandescentes de tungsteno o wolframio-, con un nivel de energía insuficiente para producir la ionización, son acelerados en campos magnéticos o eléctricos, generados por un «acelerador de partículas», hasta alcanzar el nivel energético deseado. La principal limitación de estas instalacio-

Fig. 5.5.- Esquema general de una instalación de irradiación con electrones acelerados.

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caso los electrones acelerados se hacen chocar contra un ánodo metálico –normalmente de tungsteno o tantalio- provocando su ionización, que genera rayos X. En este proceso, la energía cinética de los electrones –radiación corpuscular- se transforma en fotones (figura 5.6), dando lugar a una radiación electromagnética con una mayor capacidad de penetración, similar a la de los rayos gamma. Desafortunadamente el rendimiento de la conversión de electrones acelerados en rayos X es muy bajo -generalmente inferior al 10%-, por lo que el proceso resulta caro y hace que, en la práctica, apenas se utilicen este tipo de instalaciones para irradiar alimentos.

Fig. 5.6.- Esquema general de una instalación de producción de rayos X.

considerablemente en los últimos años y, dadas sus ventajas, quizás acabarán imponiéndose. Cualquiera que sea la instalación utilizada, deberá disponer de técnicas capaces de asegurar que el proceso se está realizando adecuadamente y que la dosis recibida por los alimentos es la requerida. La dosis recibida por los alimentos se determina utilizando los dosímetros, que son productos naturales o sintéticos cuya respuesta a la radiación es conocida. En el funcionamiento rutinario de una instalación, por ejemplo de rayos gamma, estos dosímetros se distribuyen en distintos puntos estratégicos de la cámara de tratamiento, en los envases y en el propio alimento para controlar así la eficacia del proceso. Periódicamente, para calibrar el funcionamiento de las instalaciones y de estos dosímetros rutinarios se utilizan los denominados dosímetros de referencia, como por ejemplo el calorímetro. En cualquier caso, todas las instalaciones de irradiación deberán cumplir con las especificaciones establecidas por la OMS y requieren una licencia que es emitida por el organismo nacional correspondiente, que está encargado de vigilar y controlar su funcionamiento.

En resumen, la principal ventaja de los rayos gamma es su gran capacidad de penetración por lo que las instalaciones de 60Co son muy versátiles. Su mayor inconveniente radica en que las fuentes emiten permanentemente radiaciones y requieren, por tanto, precauciones especiales y medidas de seguridad adecuadas. Por su parte, los electrones acelerados tienen una capacidad de penetración mucho menor, lo que limita su uso para algunas aplicaciones; sin embargo, la capacidad de procesado de las instalaciones es generalmente mayor y son más seguras. Al contrario que en el caso anterior, en estas instalaciones la emisión de radiaciones puede interrumpirse en cualquier momento, simplemente cortando el fluido eléctrico, motivo por el cual exigen muchas menos medidas de seguridad; de hecho se consideran «instalaciones radiactivas de segunda categoría». Aunque hoy en día las instalaciones más comunes para el procesado de alimentos son las de rayos gamma, el uso de aceleradores de electrones está aumentando 81

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

2.- IONMED, una empresa española de alta tecnología

ticinco años de investigación y de aplicaciones comerciales en varios países, han demostrado que la ionización es un método eficaz para disminuir la contaminación microbiana y prolongar la vida útil de los alimentos, sin producir ningún residuo químico; es por ello que la industria alimentaria, como respuesta a la presión creciente de mejora de la calidad microbiológica de los alimentos y de eliminación de residuos químicos, está utilizando la ionización en numerosos países. Además, los últimos informes de los organismos reguladores internacionales sobre los fumigantes químicos concluyen habitualmente con una larga lista de inconvenientes cuando se usan estos compuestos como método de higienización de alimentos. Esta circunstancia está convenciendo a la industria alimentaria de la necesidad de un cambio en sus tecnologías habituales de higienización. La ionización se ofrece, a este respecto, como una alternativa eficaz y beneficiosa.

IONMED ESTERILIZACIÓN, S.A. es una sociedad constituida con capital íntegramente español destinada a paliar las carencias existentes en nuestro país en el campo de la esterilización de productos diversos. Uno de sus objetivos es el de dedicar parte del tiempo de la instalación a la irradiación –ionización- de alimentos, utilizando la tecnología de vanguardia de ionización por electrones acelerados. Esta tecnología representa una moderna y competitiva alternativa a los métodos tradicionales de conservación de alimentos Los exigentes controles de calidad que se han impuesto a multitud de productos en el sector de la alimentación, requieren unos procesos tecnológicos complejos que garanticen su higienización por encima de unos límites muy rigurosos y que son difíciles de alcanzar con las tecnologías tradicionales.

En España tan solo existen en la actualidad dos plantas de irradiación, y de ellas sólo Ionmed utiliza la tecnología de los electrones acelerados. La investigación y el desarrollo de las aplicaciones en procesos industriales de los aceleradores de electrones se han llevado a cabo durante algo más de 30 años, y los resultados han permitido aplicar la tecnología para una gran variedad de procesos, alcanzando más o menos desarrollo en función de las necesidades de los países donde han sido implantados. Hoy día Japón, solamente, dispone de más de 180 aceleradores de electrones repartidos entre centros de investigación y centros de aplicaciones industriales específicas, y el número de instalaciones en el mundo sobrepasa las 700.

Un número creciente de empresas está eligiendo la ionización como método para asegurar la calidad e higiene de una gran variedad de alimentos. Mas de vein-

Fig. 5.7.- Planta de Ionmed en Tarancón. Vista general.

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Existe una gran variedad de aceleradores que presentan rangos muy amplios de energía y potencia, pero podemos dividirlos en tres grandes grupos en función de la energía de los haces de electrones: baja, media y alta energía. Los de baja son aquellos en que los haces de barrido no llegan a los 5 MeV, los de media alcanzan los de 5 MeV y los de alta se aproximan los 10 MeV. Obviamente, a mayor energía (eV), mayor capacidad de penetración. En el mundo existen unos 300 aceleradores de baja energía, 350 de media y más de 150 de alta. Las instalaciones de irradiación pueden también clasificarse por su potencia, que se halla relacionada con la energía desprendida por un electrón en un segundo - J/s = 1 vatio-. En los aceleradores la potencia se mide en kW y determina su productividad (velocidad de tratamiento). El acelerador de Ionmed alcanza los 80 kW.

Fig. 5.8.- Esquema y vista general de un acelerador de electrones «Rhodotron».

campo eléctrico paralelo a su dirección de movimiento. La originalidad del Rhodotron radica en que el campo eléctrico es radial, y no axial, acelerando a los electrones en una cámara de vacío donde recorren una trayectoria compuesta de varios bucles que conforman la proyección de una rosa -Rhodos quiere decir rosa en griego-. Este diseño obliga a los electrones a atravesar varias veces el centro de la cámara, lo que permite a la máquina operar en modo continuo – a frecuencias de hasta 107 MHz- y ofrece claras ventajas industriales frente a otros diseños competidores.

2.1.- Principios básicos de los aceleradores de electrones El RHODOTRON es un diseño revolucionario en el mundo de los aceleradores de electrones, basado en el de los Ciclotrones (figura 5.8). Este diseño le confiere más compacidad y le permite alcanzar mayores potencias que los diseños clásicos, tipo Linacs o Van der Graff, de tamaño similar. La potencia nominal de estos aceleradores abarca un amplio rango, según el modelo comercial de que se trate, hasta los 200 kW.

Los electrones son generados en una fuente de electrones –por ejemplo un filamento metálico incandescente- y se dirigen al interior de la cámara de aceleración donde se acoplan con un campo electromagnético, que varía con una frecuencia de 107 MHz; o dicho en otras palabras, cuya polaridad va cambiando al mismo ritmo con que los electrones atraviesan el centro de la cavidad, lo que permite obtener una ganancia de energía 1 MeV para cada paso. Esta ganancia de energía se consigue estableciendo una tensión de 1 MV entre el centro de la cámara y las paredes exteriores. Al recorrer un diámetro completo y encontrarse

El Rhodotron, al igual que todos los aceleradores de electrones, opera según el principio básico de que los electrones ganan energía cuando atraviesan un 83

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

frecuencia de barrido: 100 Hz; uniformidad de barrido: ± 5%. Consumo: en «stand-by:< 15 kW; a baja potencia:< 140 kW; a 50 kW de potencia del haz:< 220 kW. Sistema de Radiofrecuencia: frecuencia: 107.5 Mhz; tetrodo de potencia: Thomson TH681. Fuente de electrones: voltaje: -40 kV; pico de corriente: de 0 a 200 mA; corriente media: de 0 a 5 mA; resolución: ± 50 mA. Fig. 5.9.- Esquema del circuito de procesado de Ionmed: Laberinto. La flecha amarilla señala el punto de irradiación.

2.2.- Descripción de la instalación La instalación de IONMED, S.A. en Tarancón cuenta con los siguientes componentes básicos:

de nuevo con los límites de la cavidad, un imán deflector –el Rhodotron dispone de nueve imanes- los introduce de nuevo en la misma cámara forzando otra vez su paso por el centro hasta el punto diametralmente opuesto, donde se repite el proceso. Finalmente, los electrones salen del Rhodotron con una energía de hasta 10 MeV, dependiendo del número de pasos por la cámara de aceleración; son dirigidos por la línea de transporte del haz; desviados un ángulo predeterminado, según el diseño de la instalación – en nuestro caso 90º-; y dispersados en el cono de salida por un sistema de imanes que les hace barrer una anchura de aproximadamente 1 m -tamaño de paleta tipo-, con una frecuencia de 100 Hz. Los parámetros del acelerador de electrones de Ionmed son los siguientes: Cavidad aceleradora: diámetro exterior: 2.0 m; altura: 1.8 m. Equipo: diámetro total: 3.0 m; altura total: 2.4 m; peso total: 11 Tn. Características del haz de electrones: energía: 10 MeV; potencia del haz a 10 MeV: 80kW; anchura de barrido: 104 cm;

Área de Ionización: Zona donde se ubica el acelerador y donde se realiza el proceso de esterilización de los materiales. Se accede a ella a través de un laberinto, cuyas paredes se hallan revestidas de hormigón, por el que circulan los productos mediante un transportador que los posiciona bajo el haz de electrones. Sistema de gestión y control: Sistema que permite la recepción(figura 5.9), almace-

Fig. 5.10.- Vista general de las zonas de entrada y salida del laberinto.

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Laboratorio de dosimetría: Consta de todos los elementos necesarios para monitorizar, leer y certificar la dosis aplicada en cada caso. En el funcionamiento de la instalación son cruciales: el acelerador, que suministra el haz de electrones a 10 MeV; el sistema de gestión y control, que permite el control de los parámetros y la trazabilidad del producto; y el laboratorio de dosimetría, que certifica la dosis de esterilización requerida.

Fig. 5.11.- Detalle de las cintas transportadoras en el interior del laberinto.

namiento, irradiación con los parámetros validados y salida de los productos con una trazabilidad minuciosa en cada etapa. Cada caja llevará un código de barras que identificará al producto en su paleta y lote. Controla conjuntamente el funcionamiento del acelerador y el transportador, cuyo parámetro común, el factor de dosis (cociente entre la intensidad del haz y la velocidad del transportador en la zona de irradiación), controla la dosis suministrada al producto y todos los sistemas de seguridad de la planta.

2.3.- Cualificación de la instalación La NORMA EN-552 da las directrices para lograr la Cualificación de la Instalación, si bien la ISO 11137 es más completa y no contradice a la anterior. En el proceso de cualificación de Ionmed se siguieron las pautas marcadas por esta última norma, elaborándose 11 procedimientos de pruebas con sus correspondientes informes, que están a disposición del cliente. Con estas pruebas se trató de demostrar la fiabilidad y repetitibilidad de los procesos, e incluso de garantizar la aplicación de la dosis mínima si se produjesen eventuales fallos del sistema. Obviamente, cualquier cambio en la instalación que pueda afectar a la distribución de dosis en el producto precisará de la repetición de parte o todo el procedimiento de cualificación de la instalación.

Sistema transportador: Sistema totalmente automatizado y controlado que facilita el paso de los productos bajo el haz con los parámetros indicados por el sistema de gestión. El sistema permite conocer en todo momento la posición que se encuentra la bandeja, visualizándose su recorrido en la pantalla.

Independientemente de lo anterior, el programa de calibraciones/verificaciones de la instalación incluye la verificación anual de los parámetros de funcionamiento del irradiador en los aspectos relativos a: intensidad del haz de electrones, ancho de barrido homogéneo del haz, energía de los electrones y velocidad del transportador.

Almacén general: Existe una separación física entre producto tratado y sin tratar. La única vía que tienen las paletas para pasar de la zona de productos sin tratar a la zona de ya irradiados es el sistema transportador. El almacenamiento lo decide de modo automático el sistema de gestión. 85

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

2.4.- Cualificación del producto

Tras finalizar la cualificación, los resultados se recopilan en el «informe de cualificación del funcionamiento (ICF). Como en el caso anterior, una vez el proceso ha sido cualificado, cualquier cambio en la configuración del producto deberá ser evaluado y requerirá una nueva cualificación.

Siguiendo la norma ISO 11137, la cualificación del producto comprende dos pasos: Compatibilidad de materiales: La estabilidad ante la radiación de los materiales a tratar tiene que verificarse a la máxima dosis que recibirán cuando sean tratados. El fabricante de los productos tiene que diseñar los procedimientos que asegurarán la funcionalidad y compatibilidad toxicológica de los productos tratados.

2.6.- Descripción del proceso de esterilización El proceso de higienización en IONMED comienza con la llegada de productos a nuestra planta. El «sistema de gestión» los da de alta y les asigna una posición de almacén. Sólo se podrá proceder al tratamiento de los productos previamente validados y dados de alta en el sistema, pues de lo contrario el sistema no permitirá la irradiación en la sección de producción.

Determinación de la dosis: En función de la carga microbiana del producto, y respetando las limitaciones de dosis impuestas por las características del producto, se elegirá la dosis idónea en cada caso.

2.5.- Cualificación del proceso Una vez que el producto ha sido cualificado, el siguiente paso de la validación es realizar la cualificación del proceso o del funcionamiento de la instalación. Esta cualificación consiste básicamente en la obtención del mapa de dosis del producto y la definición de las especificaciones de proceso. Estas especificaciones incluyen: los productos objeto de tratamiento; la dosis de tratamiento, así como la máxima dosis permitida ; el modelo de carga del producto y su configuración; la posición del dosímetro de rutina y relación entre dicha dosis y las máximas y mínimas recibidas por el producto; parámetros de irradiación cualificados y sus tolerancias; y orientación y numero de pasadas del producto bajo el haz.

Una instalación de esterilización mediante haz de electrones acelerados posee tres parámetros esenciales que, junto con la velocidad de paso del producto bajo el haz, determinarán la dosis que recibe. Estos son: Energía de los electrones: La energía de los electrones es el parámetro que determina su poder de penetración en la materia. Esta energía se calcula mediante el trazado de la curva de penetración con un dispositivo en forma de cuña, bien de aluminio o bien de polietileno de alta densidad, en la que se introduce una película dosimétrica que permite medir las dosis alcanzadas a distintas profundidades. La energía absorbida se calcula 86

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

intensidad de la irradiación conforman un parámetro bifactorial, «llamado factor de dosis», que es controlado por el PLC del transportador y mantenido constante con un retraso inferior a 250 ms. La velocidad puede modificarse entre 0,5 y 5 m/min, mediante unos motovariadores diseñados al efecto, con un error inferior al 1%. El PLC del transportador cuantifica exactamente el movimiento de los motores de arrastre, enviando los valores al PLC del acelerador que reajusta su intensidad en menos de 20 ms. El tiempo total de regulación podría oscilar como máximo los 2 ciclos del PLC del transportador más esos 20 ms; es decir, según se ha indicado, no más de 250 ms.

mediante unas fórmulas recogidas en la norma ASTM E 1649, en su apartado X3. Potencia del haz: La potencia es proporcional a la tensión y se calcula con la ecuación: P=I·V donde: P es la potencia, expresada en kW; I es la intensidad, medida en mA; y V es la tensión, medida en MV. La tensión alterna que se genera en la cavidad coaxial de nuestra instalación, con una radiofrecuencia de 107 MHz, es de 1 MV; y la intensidad del haz varía entre 0 y 8 mA, lo que permite conseguir una potencia de hasta 80 kW. Longitud de barrido del haz: La longitud de barrido es un parámetro controlado por mediciones externas. Si así se requiere, permite una concentración de los electrones en menor espacio aumentando la efectividad de la radiación sobre los materiales. Es regulable entre 30 y 103 cm, en función de las dimensiones de las cajas tratadas. El barrido se consigue mediante la generación de un campo magnético alternante, con una frecuencia de 100 Hz, y perpendicular al plano de movimiento de los electrones. Los electrones abren sus trayectorias y se expanden en el cono de barrido, estructura de acero inoxidable 316L con forma de prisma triangular acabada en una lámina de 30 mm de titanio.

La dosis efectiva de irradiación puede calcularse integrando todos estos valores en la fórmula: D= k

P Lb·v

donde: D: es la dosis absorbida en kGy; k: es una constante inherente al acelerador; P: es la potencia, expresada en kW; Lb: es la longitud de barrido; y v: es la velocidad de tratamiento. A cada caja de producto se le adhiere su propio código de barras y, una vez leído, se asigna a una bandeja. Esta forma de operar permite su seguimiento a lo largo del recorrido por el laberinto y, al final de carrera, nos permite el registro de los valores paramétricos del tratamiento específico de cada producto. Estos valores son recogidos en soporte informático y en registro escrito y están a la disposición del cliente durante los 5 años siguientes a la irradiación, o bien,

Velocidad de transporte: La velocidad de paso de las «unidades de tratamiento» bajo el haz de electrones es un parámetro que permite el control de la energía suministrada a los productos. La velocidad de transporte junto con la 87

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Fig. 5.12.-Detalle de la zona de tratamiento.

en algunos casos especiales, durante la vida útil del producto si ésta supera dichos años.

industrial, Ionmed ha establecido unos controles del proceso que garantizan la trazabilidad del producto y un sistema de documentación que permite en todo momento garantizar las dosis de tratamiento aplicada.

Las lecturas dosimétricas se efectúan en el laboratorio de dosimetría y son supervisadas por nuestro sistema de garantía de calidad. Las aplicaciones de la dosimetría abarcan desde la «cualificación de la instalación», hasta la «cualificación del proceso», pasando por el control rutinario y la determinación de la dosis de esterilización (dosis de verificación ).

2.7.1.- Control del proceso Se distinguen varias etapas en el proceso productivo de nuestra instalación:

2.7.- Trazabilidad y control del proceso

Recepción: Cada envío de producto es objeto de los siguientes controles y verificaciones en el momento de la recepción en el almacén de entrada de la instalación: identificación del producto recibido; dimensiones y pesos de las cajas de transporte del producto; identificación de posibles daños en el producto; contabilidad del producto y comprobación con el albarán de entrada, o la notificación de envío del cliente; y asignación de las especificaciones de proceso aplicables al producto.

Siguiendo los más modernos y estrictos criterios en el campo de la producción

Una vez identificados y verificados los productos, se les asigna un «lote de

Una vez tratados los productos, se leen los códigos de barras de cada caja y el «sistema de gestión» les asigna de nuevo un lugar del almacén a la espera, para ser liberados definitivamente, de una orden del «sistema de garantía de calidad» de IONMED si los resultados dosimétricos han sido correctos.

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instalación, hasta el momento del envío. Documentación del proceso: Para cada lote de producción, una vez liberado y enviado al cliente, se elabora un «dossier final de irradiación» (DFI). El DFI contiene los documentos y registros, acumulados durante el proceso productivo, siguientes: orden de trabajo; informes dosimétricos, obtenidos con los dosímetros de rutina; informe de proceso, con el registro paramétrico del proceso; certificado de calidad; e informe de «no conformidad», si es el caso. El DFI se archiva en el Laboratorio de Dosimetría por un periodo no inferior a 5 años.

producción» que asegurará la trazabilidad del producto a lo largo de todo el proceso productivo. El lote de producción se define como el conjunto de producto o productos de un mismo cliente que por sus características -densidades, dimensiones, etcétera-, requieren unos parámetros de tratamiento idénticos y son tratados en un mismo ciclo de irradiación. Tratamiento y certificación: Después de la recepción del producto se genera el documento «orden de trabajo» (OT) para cada lote de producción. La OT es el documento básico de proceso, que nos permite realizar el seguimiento del lote de producción desde su recepción hasta su envío. La OT es desarrollada por el Dpto. de Operación y Mantenimiento y comprobada por el Dpto. de Gestión de Calidad y Seguridad. Una vez hecha la comprobación, el lote de producción se declara apto para ser tratado.

2.8.- Control dosimétrico Los sistemas de dosimetría con que cuenta nuestra instalación están diseñados específicamente para irradiadores con fuente de haz de electrones (figura 5.13). Estos sistemas se han desarrollados para cumplir con la normativa aplicable a la validación y el control rutinario del proceso de esterilización por irradiación, según las normas UNE_EN_552 y ANSI/AAMI/ISO 11137.

Cada lote de producción se trata siguiendo las especificaciones de proceso indicadas en su OT. Tras el tratamiento, el lote sólo se liberará cuando se hayan comprobado los informes dosimétricos, elaborados con los datos de los dosímetros de rutina; el informe de proceso registro paramétrico del proceso-; y los «informes de no conformidad», si es el caso. Una vez comprobada la anterior documentación, el Dpto. de Gª de calidad emite el «certificado de calidad» correspondiente. En ese momento el lote de producción puede ser liberado. Envío: La última etapa consiste en la preparación de la documentación del producto, ya liberado, y su almacenamiento, en el local de expedición de la

Fig. 5.13.- Detalle de los equipos de dosimetría de Ionmed.

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compatible con los dosímetros CTA-125 y FWT-60.0, capaz de suministrar las medidas de absorbancia con una incertidumbre de DABS= 0,006, para un nivel de confianza del 95%. Medidor de espesores (Mod. MFT 30, Käfer, Alemania). Este equipo es necesario para determinar la absorbancia específica (ABS/cm) de los dosímetros FWT60.0. La incertidumbre de las medidas que suministra es de Dt = 0,002 mm, para un nivel de confianza del 95%.

Fig. 5.14.- Mapa dosimétrico de un producto irradiado.

2.8.1.- Descripción de los sistemas de dosimetría de la planta

Software de Control y Gestión Dosimétrico. Los anteriores equipos de medida están controlados por un software específico desarrollado por AERIAL, « Centre Régional d`Innovation et de Transfert de Technologie», de Francia. Este software cuenta con las siguientes aplicaciones relacionadas con la Dosimetría: calibración de los dosímetros de rutina, medidas de dosis puntuales (FWT- 60.0) y en continuo (CTA-125); determinación de la energía de los electrones, verificación de los equipos de medida y gestión de los informes dosimétricos.

Dependiendo de su aplicación, contamos con distintos sistemas de dosimetría: Sistema de dosimetría de rutina: Este sistema está compuesto por los siguientes elementos: Dosímetros de triacetato de celulosa, (Mod. CTA-125, Fuji, Japón). Se trata de una cinta de película para medida de dosis en continuo, que bajo la influencia de la radiación cambia sus propiedades de absorción óptica. Evaluando estos cambios a una determinada longitud de onda (280 nm), somos capaces de determinar la dosis absorbida en agua.

Sistema de dosimetría de referencia: Este sistema está compuesto por los siguientes elementos:

Dosímetros radiocrómicos, (Mod. FWT60.0, Far West Technology, USA). Se trata de una película -1x1cm- para medidas puntuales de dosis, con un principio de funcionamiento equivalente al de los dosímetros CTA-125, pero que se leen a unas longitudes de onda de 510 y 600nm.

Calorímetros de Poliestireno, fabricados por RISO «High Dose Reference Laboratory», este laboratorio de Dosimetría de referencia está acreditado por DANAK, entidad perteneciente a EAL (European Cooperation for Acreditation of Laboratories). Las medidas de dosis absorbida en agua que suministran estos calorímetros son trazables y consistentes con los patrones primarios en poder del «National Physical Laboratory» del Reino

Espectrofotómetro (Mod. Genesys-5, Espectronic, USA). Este equipo tiene un rango de longitudes de onda de trabajo 90

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especial en la práctica industrial diaria. En Ionmed, la calibración de los dosímetros de rutina se realiza en nuestra propia instalación, tomando como dosis de referencia la suministrada por los calorímetros. Este método de calibración presenta como ventaja fundamental el que las condiciones medioambientales durante la calibración son las mismas que durante la producción rutinaria, con lo que evitamos las correcciones debidas a factores ambientales y mejoramos de la incertidumbre total de las medidas.

Unido. La incertidumbre total de la medida de dosis suministrada por los calorímetros se encuentra entre un 2,8% y un 3,6%, para un nivel de confianza del 95%, dependiendo del rango de dosis en el que nos encontremos. El factor de calibración que se aplica a los calorímetros para convertir el incremento de temperatura en Dosis absorbida se verifica en el laboratorio de referencia utilizando dosímetros de transferencia de Alanina de RISO. - Polímetro digital Fluke 8062A para la medida de la resistencia de los termistores de los calorímetros. Estos termistores, que se encuentran incorporados en el interior de los calorímetros, son los encargados de medir la temperatura a la que se encuentran los calorímetros. El principio de funcionamiento es sencillo; la resistencia de los termistores varía con la temperatura de una forma conocida, midiendo el incremento de resistencia producido por un campo de radiación obtenemos también el incremento de temperatura.

Procedimiento de calibración: Para la calibración, irradiamos los dosímetros de rutina junto con los calorímetros de referencia a diferentes dosis. Además, los dosímetros de rutina se colocan dentro de unos absorbentes de poliestireno que reproducen la geometría de los calorímetros, de forma que aseguramos que la dosis recibida por los dosímetros de rutina y los calorímetros es exactamente la misma. Tras la realización de los análisis de los dosímetros de rutina se determina la curva de calibración. Para esta tarea se

- Programa Caldose v. 1.04 de RISO para la determinación de la dosis absorbida a partir del incremento de temperatura.

2.8.2. Calibración de los dosímetros de rutina Según se desprende de los apartados anteriores, la cuantificación de la dosis de irradiación recibida por el alimento es esencial cuando se pretende aplicar esta tecnología; y por ello, la calibración de los dosímetros adquiere una relevancia

Fig. 5.15.- Producto irradiado en Ionmed.

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utiliza el software de «gestión y control dosimétrico» de AERIAL; este programa está provisto de una aplicación para el ajuste de funciones polinómicas de hasta 5º orden a los datos experimentales, por el método de mínimos cuadrados. Esta aplicación también nos permite evaluar la bondad del ajuste y determinar cual es su incertidumbre.

metros y densidades ópticas de los dosímetros de rutina; curva de calibración obtenida, con su referencia; cálculo detallado de la incertidumbre total de la calibración; protocolo de aceptación de la calibración; y periodo de validez de la calibración. Como se deduce de esta somera descripción de nuestra instalación, la irradiación es seguramente una de las tecnologías con mayores controles de procesado y que más minuciosamente ha sido evaluada -en palabras del Prof. Michael Osterholm, del Departamento de Salud de Minnesota: «La irradiación es el proceso más estudiado en la historia de la humanidad para asegurar la sanidad de los alimentos»- lo que convenientemente divulgado permitirá cambiar la opinión de los consumidores y facilitará su implantación definitiva en la industria agroalimentaria.

Informe de calibración: Cada lote de dosímetros de rutina calibrados va acompañado del correspondiente informe que contiene los siguientes datos e información: certificado de calibración de los dosímetros de referencia utilizados; estado de verificación y calibración de los equipos de medida utilizados; parámetros utilizados para la irradiación conjunta de los calorímetros y los dosímetros de rutina; tabla de datos experimentales obtenidos durante la calibración que incluye: dosis absorbida por los calorí-

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GLOSARIO A

Alimentos RTE Son aquellos convenientemente tratados, troceados y envasados para su consumo inmediato sin ninguna manipulación adicional, presentados normalmente en raciones familiares.

Acción directa de las radiaciones ionizantes Proceso de la interacción de las radiaciones ionizantes con la materia, y efecto sobre una estructura biológica importante (ej. ADN) con inmediata consecuencia biológica de la interacción en esa estructura.

Acción indirecta de la radiaciones ionizantes Proceso de la interacción de las radiaciones ionizantes con la materia, en la que el efecto sobre una estructura biológica importante es consecuencia de la mediación de otros productos de la interacción (ej. radicales libres derivados de la radiolisis del agua).

Cobalto 60 Isótopo radiactivo de cobalto de número másico 60 y periodo de semidesintegración de 5,3 años; emite «rayos gamma» y «partículas beta». El más frecuentemente usado en instalaciones de irradiación. Criterio de rendimiento/resultado Magnitud de la reducción de un peligro –microorganismos, toxinas, etcétera- en un alimento que contribuye a asegurar un FSO.

Actividad de agua (aw) Parámetro tecnológico adimensional, indicativo de la disponibilidad de agua en el medio para el crecimiento microbiano y/o el desarrollo de reacciones químicas. Matemáticamente es la relación entre la presión de vapor de la atmósfera en equilibrio con el alimento y la de la atmósfera en equilibrio con el agua pura.

Criterio de proceso Valor de los parámetros de control de un proceso tecnológico que es necesario aplicar para alcanzar el «criterio de rendimiento» C.S.N. Acrónimo del Consejo de Seguridad Nuclear.

ADN (Ácido desoxirribonucleico) Uno de los dos tipos de ácidos nucleicos, componentes fundamentales de la célula. Descubierta su estructura de doble hélice en 1953, se encarga de transmitir la información genética de célula a célula y de generación en generación.

D Daño celular Alteración de una o varias estructuras y/o funciones celulares que en determinadas circunstancias pueden ser reparadas por la célula.

AESAN Acrónimo de la Agencia Española de Seguridad Alimentaria y Nutrición. 93

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vencia. Por semejanza se define un valor D para los tratamientos de irradiación que, en este caso, debe interpretarse como la dosis de radiación absorbida (kGy) para reducir la población a la décima parte.

Deshidratación Proceso tecnológico de conservación consistente en la extracción forzada del agua de constitución con objeto de disminuir la actividad de agua del alimento. El proceso impide la multiplicación microbiana, hasta ciertos niveles, pero no garantiza su inactivación.

F Dosímetro En nuestro contexto, dispositivo que permite cuantificar la intensidad del tratamiento tecnológico recibido por un alimento.

Fenómeno de hombro Desviación de la línea de supervivencia que se produce en los primeros momentos del tratamiento, durante los cuales los microorganismos resultan aparentemente insensibles al agente letal, sea calor, irradiación u otro.

Dosis absorbida Magnitud dosimétrica que define la relación entre la energía media transmitida por la radiación ionizante a una masa dada de materia. La unidad recibe el nombre de gray (Gy), es 1J/Kg. Anteriormente se usaba el rad.

Fenómeno de cola Desviación de la línea de supervivencia que se produce en los momentos finales del tratamiento, durante los cuales los microorganismos resultan aparentemente insensibles al agente letal, sea calor, irradiación u otro.

Dosis biológica Dosis de radiaciones ionizantes que corresponde a un determinado efecto biológico.

Dosis infectiva Concentración mínima de células de una determinada especie capaces de producir una enfermedad.

Gráfica de supervivencia Representación gráfica en la que se relaciona el logaritmo decimal del número de microorganismos viables de la población frente al tiempo de tratamiento y/o la dosis. En general esta relación suele configurar una línea recta, denominada de supervivencia. La inversa negativa de la pendiente de la línea de supervivencia es el valor D.

Dosis de radiación Medida de la energía depositada por la radiación en un blanco. D (Tiempo de reducción decimal) Tiempo de tratamiento, a una temperatura constante, que es preciso aplicar a una población microbiana para reducir el recuento a la décima parte. Matemáticamente es la inversa negativa de la pendiente de la línea de supervi-

Gray (Gy) Nombre de la unidad de dosis de irradiación absorbida en el sistema internacional (SI). Es igual a 1 J/Kg. 94

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Microorganismos microaerófilos Aquellos que crecen con más facilidad en atmósferas con un contenido en oxígeno inferior al del aire.

Ingredientes funcionales Ingredientes de los alimentos que desarrollan una actividad biológica suficiente para aportar un efecto fisiológico beneficioso y adicional al valor nutritivo tradicional del alimento que los contenga.

Microorganismos psicrotrofos Aquellos que pueden multiplicarse a temperaturas de refrigeración, normalmente inferior a 10 ºC.

Ión Átomo o grupo de átomos que, por haber perdido o ganado uno o más electrones, ha adquirido una carga positiva o negativa.

Microorganismos termófilos Aquellos con una temperatura óptima de crecimiento superior a la corporal. Mutación Alteración de la secuencia de los pares de bases de la molécula de ADN o de la cantidad o volumen de ADN.

Ionización Conversión de átomos y moléculas en iones.

Isótopo Cada uno de los diferentes nucleidos que tienen el mismo número atómico y, por tanto, pertenecen al mismo elemento químico, pero que se diferencian entre sí en el número másico.

Neutrón Partícula sin carga constituyente del núcleo atómico Nucleido/Núclido Especie atómica. Se caracteriza por su número atómico y másico.

M Microbiota Conjunto de microorganismos que contaminan un determinado producto.

O Objetivo de rendimiento/resultado Máxima concentración de un peligro –microorganismos, toxinas, etcétera- en un alimento que puede admitirse en un punto concreto de la cadena de producción sin que se comprometa la seguridad del producto final (FSO)

Microorganismos anaerobios Aquellos que se multiplican en atmósferas carentes de oxígeno. Microorganismos anaerobios facultativos Aquellos que pueden multiplicarse en atmósferas con diferentes concentraciones de oxígeno, modificando sus rutas metabólicas.

Objetivo de seguridad alimentaria (FSO) Valor máximo admisible de un peligro 95

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

directamente o indirectamente. Generalmente se utiliza en plural.

–microorganismos, toxinas, etcétera-, en un alimento, que ofrece un nivel de protección adecuado en el momento de su consumo.

Radiactividad Propiedad que presentan algunos nucleidos de desintegrarse espontáneamente.

P Período de semidesintegración Tiempo necesario para que la actividad de un radionucleido se reduzca a la mitad por desintegración.

Radical libre Átomo o grupo de átomos que transportan un electrón no emparejado y no tiene carga.

Población En nuestro contexto, grupo de células de la misma especie aisladas de otros grupos microbianos.

Radicidación Tratamientos normalmente entre 2 y 8 kGy cuyo objetivo es destruir las especies microbianas patógenas y los parásitos hasta niveles seguros. Es equivalente a la pasteurización por calor.

Protón Partícula de carga positiva e igual a la del electrón, constituyente de todos los núcleos atómicos.

Radionucleido Nucleido, natural o artificial, que emite radiaciones.

Radioprotectores Sustancias o transformaciones físicoquímicas que disminuyen la respuesta de las células a las radiaciones.

Radapertización Tratamiento con altas dosis de irradiación, cuyo objetivo es reducir la contaminación microbiana hasta niveles equiparables a los de la esterilización térmica. El producto radapertizado es estable a temperatura ambiente.

Radioresistencia Resistencia de las células o de los componentes del medio a los efectos de las radiaciones.

Radiación Energía o partículas materiales que se propagan por el espacio. Forma de propagarse las partículas.

Radurización Tratamientos con cualquier dosis cuyo objetivo es reducir el número de microorganismos alterantes para ampliar la vida útil de los alimentos.

Radiación ionizante Nombre genérico para designar las radiaciones de naturaleza corpuscular o electromagnética que en su interacción con la materia producen iones, bien

Riesgo En el contexto que nos ocupa, probabilidad de supervivencia de una determinada población microbiana. 96

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Rotura doble del ADN Interrupción de dos hélices constitutivas del ADN, que suele ser producida por uno o varios agentes, entre los que se encuentran las radiaciones ionizantes.

gue entre infección alimentaria, cuando el responsable es la acción directa de un microorganismo; e intoxicación alimentaria, cuando el responsable es un compuesto químico.

Rotura simple del ADN Interrupción de una de las dos hélices constitutivas del ADN que puede ser producida por uno o varios agentes, entre los que se incluyen las radiaciones ionizantes.

U Umbral de dosis Valor mínimo que debe alcanzar una dosis para provocar un efecto determinado. Unidades formadoras de colonias (UFC) Numero de microorganismos de una población capaces de multiplicarse en las condiciones de cultivo seleccionadas. Suele expresarse por gramo de producto.

T Toxiinfección alimentaria Enfermedad producida por el consumo de un alimento. En ocasiones se distin-

La irradiaciﾃｳn de los alimentos: situaciﾃｳn actual y perspectivas de futuro

REPORTAJE FOTOGRﾃ：ICO

La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

De izquierda a derecha: Prof. Dr. I. Álvarez, Prof.. Dr. R. Cava, Prof. Dr. S. Condón, Prof. Dr. I. Zarazaga, Doña M. Díez, Prof. Dr. J.A. Ordóñez y Doña O. Melero.

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La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Intervención del profesor Santiago Condón. Bajo estas líneas, instante de la intervención del profesor Ignacio Álvarez.

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La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Intervención del profesor Ramón Cava. Bajo estas líneas, instante de la intervención del profesor Juan Antonio Ordóñez.

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La irradiación de los alimentos: situación actual y perspectivas de futuro

Intervención de Doña Olga Melero. Bajo estas líneas, instante de la clausura de las jornadas.

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