Evaluación de la actividad antimicrobiana y del impacto sensorial del empleo de aceites esenciales en combinación con tecnologías de conservación de alimentos

Zusammenfassung

El consumo de productos frescos o mínimamente procesados, como los zumos frescos de frutas, se ha intensificado a lo largo de los últimos años debido a que cumplen los requisitos de los consumidores actuales, que exigen productos alimenticios nutritivos y saludables, y que además requieran una mínima preparación. No obstante, el consumo de zumos de frutas u otros productos no pasterizados conlleva el riesgo de contraer enfermedades de transmisión alimentaria, como la causada por la bacteria patógena Escherichia coli O157:H7. Aunque la aplicación de tratamientos térmicos para inactivar microorganismos alimentarios es muy efectiva, presenta el gran inconveniente de disminuir las propiedades nutritivas y organolépticas de los alimentos. En este sentido, una de las estrategias más comunes consiste en desarrollar nuevos procesos combinados que permitan minimizar la intensidad de los distintos tratamientos de conservación utilizados (barreras) y mejorar su eficacia letal. Una de las barreras que mayor interés está despertando en los últimos años es la adición de antimicrobianos naturales, entre los que cabe destacar los aceites esenciales (AEs) procedentes de plantas, hierbas o especias aromáticas. El mayor inconveniente de estos AEs o de sus compuestos individuales (CIs) reside en el gran impacto organoléptico que provocan en los alimentos tras su incorporación, lo cual limita enormemente la posible concentración añadida, que resultaría, en la mayoría de los casos, insuficiente para garantizar la inocuidad de los alimentos así tratados. Por todo ello, el principal objetivo de esta Tesis Doctoral fue el diseño inteligente de procesos de conservación para producir alimentos (principalmente zumos de frutas) microbiológicamente seguros y a la vez aceptables sensorialmente, en base a la combinación de AEs o CIs con calor y tecnologías emergentes (como las altas presiones hidrostáticas (APH) o los pulsos eléctricos de alto voltaje (PEAV)). Aunque a lo largo de esta Tesis Doctoral se ha trabajado con varios AEs y CIs, el interés máximo ha recaído sobre los AEs cítricos provenientes de la cáscara de la naranja, la mandarina o el limón, así como de sus CIs (+)-limoneno y citral. En un primer paso, se realizó la caracterización química de estos tres AEs cítricos y se investigó sobre el mecanismo de inactivación del (+)-limoneno, poniendo de manifiesto la permeabilización de las envolturas celulares en E. coli. A partir de la experiencia previa de nuestro grupo de investigación, se seleccionó una concentración de 200 ppm para cada compuesto y se evaluó su actividad bactericida frente a Escherichia coli y Listeria monocytogenes actuando individualmente o en combinación con calor, APH y PEAV, en medios de laboratorio de pH ácido o neutro. Los resultados mostraron un efecto sinérgico entre los AEs cítricos o sus CIs (+)-limoneno y citral en combinación con calor o con APH, pero no con PEAV. Este efecto sinérgico se atribuyó a la inactivación de las células que los tratamientos físicos habían dañado subletalmente. En un siguiente paso, los procesos combinados seleccionados en medios de laboratorio se evaluaron y optimizaron en zumos de manzana y de naranja. Estos nuevos procesos de conservación se diseñaron para lograr la inactivación de 5 ciclos logarítmicos del patógeno seleccionado (E. coli O157:H7), pero teniendo en cuenta una contaminación inicial de los zumos más cercana a la realidad (3x10^4 UFC/mL). Respecto a los procesos con APH, los tratamientos necesarios para alcanzar el nivel de inactivación deseado (550 MPa durante 20 min) se redujeron a 300 MPa durante 20 min con la adición de 150 ppm de (+)-limoneno en ambos zumos. Respecto a la combinación de AEs o CIs con tratamientos térmicos en el zumo fresco de naranja, la incorporación de 100 ppm de (+)-limoneno o 200 ppm de AE de naranja supuso la reducción del 30 – 80% del tiempo de tratamiento térmico (54 °C) necesario para inactivar los 5 ciclos logarítmicos de E. coli O157:H7, sin disminuir su aceptación organoléptica. En el zumo de manzana, la incorporación de tan solamente 18 ppm de citral logró reducir el tiempo de tratamiento térmico en un 80%, mientras que la incorporación de 75 ppm de AE de limón supuso una reducción de 4,5 °C en la temperatura o de 5,7 veces en el tiempo de tratamiento térmico, además de mejorar la aceptabilidad sensorial del zumo. Teniendo en cuenta las evaluaciones sensoriales de los zumos procesados, la incorporación de AEs o CIs fue más adecuada para reducir la intensidad de los tratamientos térmicos que la de tratamientos de APH, dada la escasa alteración que estos últimos ejercen sobre las propiedades sensoriales de los zumos. Por su parte, los procesos combinados con calor alternativos a la pasterización térmica tradicional supondrían una reducción en la energía o el tiempo de tratamiento (correspondiente a la disminución de la temperatura o el tiempo de tratamiento, respectivamente), así como un nivel menor de alteración de las propiedades nutricionales del zumo fresco. Más adelante se exploró la aplicación de AEs o CIs en la conservación de huevo líquido entero (HLE), desarrollando un nuevo proceso combinado alternativo a la ultrapasterización térmica basado en la aplicación sucesiva de pulsos eléctricos de alto voltaje (25 kV/cm, 100 kJ/kg) y calor (60 °C durante 3,5 min) en presencia de 200 ppm de aceite esencial de limón, aprovechando la sinergia entre estas barreras. Finalmente, los análisis sensoriales realizados en tortillas y bizcochos cocinados con HLE o HLE adicionados con diferentes compuestos confirmaron la idoneidad de la utilización del AE de limón en el proceso combinado diseñado. El interés por explorar el impacto sensorial de AEs y CIs en otros productos, llevó a la realización de análisis hedónicos en tres alimentos (zumo de tomate, crema de verduras y hamburguesas de ave) con diferentes concentraciones de AEs o CIs, de forma que se estableciera una concentración límite para cada combinación de compuesto y alimento. En muchas de las combinaciones solamente se toleró la incorporación de 20 ppm del compuesto añadido, siendo las hamburguesas el producto que mejor toleró la adición de compuestos, y el AE de limón el más aceptado de forma general. Por otra parte, este estudio ha explorado la utilización de AEs y sus CIs como posibles agentes inhibitorios de la formación de biopelículas de microorganismos de interés patógeno, siendo el carvacrol el compuesto más eficaz. Finalmente, dada la importancia de la técnica de siembra en medios selectivos utilizada para la detección de células dañadas subletalmente, que permite determinar las condiciones de tratamiento más propicias para la obtención de sinergias entre diferentes barreras, se decidió profundizar en los fundamentos de esta técnica como método de detección de daño subletal. Además de confirmarse la hipótesis de la pérdida de integridad de membrana como la principal causa por la cual las células dañadas subletalmente son incapaces de multiplicarse en un medio hiperosmótico, se exploraron posibles mejoras aplicables en un futuro para una detección más rápida de daño subletal y por tanto un diseño más eficaz de procesos combinados.