Tratamientos postcosecha innovadores de desinfección y mantenimiento de la calidad en brotes de hortalizas foliáceas mínimamente procesadas y tomate

  1. TOMÁS CALLEJAS, ALEJANDRO
Supervised by:
  1. Francisco Artés Hernández Director
  2. Trevor V. Suslow Director
  3. Francisco Artés Calero Director

Defence university: Universidad Politécnica de Cartagena

Fecha de defensa: 30 June 2011

Committee:
  1. Giancarlo Colelli Chair
  2. Perla Gómez Secretary
  3. Encarnación Aguayo Giménez Committee member
  4. José Manuel Barat Baviera Committee member
  5. Robert C. Soliva Fortuny Committee member
Department:
  1. Ingeniería Agronómica

Type: Thesis

Teseo: 311558 DIALNET

Abstract

Los avances científicos y tecnológicos de las últimas décadas han permitido conocer el beneficio para la salud del consumo de frutas y hortalizas. Diversos estudios epidemiológicos han demostrado la asociación entre la ingesta de frutas y hortalizas, con alto contenido en compuestos antioxidantes, y la prevención de ciertos tipos de cáncer y enfermedades cardiovasculares. Además, el consumo ha sido promovido por investigadores, nutricionistas e incluso a nivel gubernamental, recomendándose al menos cinco raciones de frutas y hortalizas en la dieta diaria. El actual ritmo de vida, en el que cada vez hay menos tiempo para la preparación de una comida equilibrada, ha propiciado la aparición de un nuevo tipo de consumidor que demanda productos frescos, saludables y listos para consumir. Los vegetales mínimamente procesados en fresco (MPF), o de la "IV Gama"de la alimentación, son productos frescos acondicionados para su consumo directo, que se comercializan refrigerados y envasados en atmósfera modificada. Los tratamientos que sufren en su preparación industrial producen cambios poco notables respecto al vegetal original, en las propiedades deseables para el alimento y, en particular, de las nutritivas, organolépticas y de las relacionadas con su facilidad de utilización o conveniencia. En los últimos años ha aumentado la aparición de brotes de contaminaciones alimentarias de origen microbiano asociadas a los productos vegetales enteros y MPF y, consecuentemente, también la preocupación por la calidad y seguridad de este tipo de productos por parte de los consumidores. La desinfección es el único paso de la cadena de producción para la inactivación y/o eliminación de bacterias patógenas, así como la reducción de la microflora natural asociada. Tradicionalmente, la industria de productos MPF ha utilizado hipoclorito sódico (NaClO) como desinfectante. Sin embargo, existen diversos problemas asociados a su uso, como su dependencia del pH, la generación de subproductos potencialmente cancerígenos, así como su toxicidad, que puede afectar a la seguridad de los trabajadores y que no siempre es suficientemente eficaz. Además, el NaClO, incluso a baja concentración, puede causar olor y sabor extraño en determinados productos. Por ello, el NaClO está siendo cuestionado, incluso prohibido en determinados países de la Unión Europea como Alemania, Dinamarca, Bélgica y Holanda y previsiblemente se restringirá más su uso, lo que exige disponer de alternativas de desinfección para preservar la seguridad alimentaria a los consumidores. Dentro de las alternativas consideradas como prometedoras se incluyen las soluciones antimicrobianas (agua electrolizada, dióxido de cloro o clorito sódico acidificado), la radiación UV-C y el envasado en atmósferas modificadas activas, enriquecidas en oxígeno, óxido de nitroso o gases nobles. Estas alternativas podrían aplicarse solas o como una combinación de varias técnicas. Los trabajos de investigación de la presente Tesis Doctoral se centran en el estudio de las diferentes alternativas al NaClO sobre la calidad microbiológica, nutritiva y sensorial de brotes de hortalizas foliáceas MPF y tomate para consumo en fresco. Las investigaciones se han realizado en el Grupo de Postrecolección y Refrigeración de la Universidad Politécnica de Cartagena y en el Department of Plant Sciences de la Universidad de California, Davis (EEUU), dentro del marco de colaboración que ambos grupos de investigación mantienen. Los efectos del envasado en atmósferas modificadas (AM) activas, enriquecidas en O2, He, N2 y N2O sobre la calidad de brotes de Red Chard MPF se han comparado en el Capítulo I con los de un tratamiento convencional de desinfección con NaClO y envasado en AM pasiva. El envasado en atmósfera superoxigenada inhibió el crecimiento microbiano durante la conservación refrigerada. El contenido total de vitamina C disminuyó en un 67% para las muestras control (AM pasiva) mientras que en las AM activas la disminución fue menos acusada (50%). La AM activa enriquecida en He mantuvo los niveles de clorofila iniciales hasta el final de la vida útil del producto. Como principal conclusión, las AM activas enriquecidas en He y O2 resultaron ser herramientas útiles para el mantenimiento de la calidad de Red Chard MPF. En el Capítulo II se estudia el agua electrolizada (AE) como un higienizante emergente para la industria de la IV Gama. Se detallan los efectos del AE neutra y ácida sobre la calidad total de Mizuna MPF incluyendo cambios fisiológicos, microbiológicos, nutricionales y sensoriales durante la vida útil del producto, comparado con una desinfección convencional con NaClO. Ambos tratamientos desinfectantes mostraron un efecto inhibitorio sobre la microflora natural del producto y los principales atributos de calidad se conservaron durante la vida comercial. Se registró un ligero incremento del contenido inicial de polifenoles totales en las muestras tratadas con AE ácida. Sin embargo, se observó un descenso del 35% de la actividad antioxidante total inicial tras al finalizar su vida útil. Ninguno de los tratamientos afectó a la estructura superficial de los tejidos según los estudios realizados de microscopía electrónica de barrido. Como conclusión más relevante, el AE resultó ser tan efectiva como el NaClO y la calidad global de la Mizuna MPF se mantuvo durante 11 días a 5ºC. El uso de clorito sódico acidificado (CSA) como desinfectante alternativo al NaClO sobre la microflora natural, inactivación de Escherichia coli y la calidad sensorial de Tatsoi MPF se estudia en el Capítulo III. Para optimizar la eficiencia de este desinfectante se utilizó una combinación factorial de los siguientes elementos: dosis de CSA (100, 300 y 500 mg/L), tiempo de contacto (60, 90 y 120 s) y temperatura de almacenamiento (5 y 10ºC). El CSA resultó ser tan efectivo como el NaClO para la inactivación de la microflora natural y de E. coli inoculada artificialmente en brotes de Tatsoi. El aumento del tiempo de contacto no supuso un incremento de la actividad antimicrobiana. Los atributos de calidad se mantuvieron durante 11 días a 5ºC, pero para la conservación a 10ºC, solo sucedió durante los 5 primeros días. En el Capítulo IV se evalúa el riesgo de contaminaciones cruzadas por E. coli O157:H7 y S. enterica ser. Typhimurium durante la etapa de lavado y desinfección de Red Chard y la acción preventiva del dióxido de cloro (ClO2) y NaClO como higienizantes. Para ello, se inoculó artificialmente el material vegetal a un nivel relativamente bajo (log 4), se mezcló con material no inoculado y se procesó en una única unidad. Las hojas de Red Chard representaron únicamente el 3-5% del material inoculado total. Los conteos de bacterias antes, durante y después del procesado en hojas y agua de lavado fueron relativamente bajos, por debajo del índice detección cuantitativo. Para la detección se usaron técnicas convencionales así como técnicas de detección rápida basados en PCR en tiempo real. Ninguno de los higienizantes utilizados llegó a prevenir la transferencia de Salmonella al agua de lavado y al material vegetal no inoculado. El ClO2 disminuyó el riesgo de contaminación cruzada por E. coli O157:H7, pero no fue capaz de evitarla totalmente. La transferencia de Salmonella al agua de proveniente del centrifugado resultó relativamente alta convirtiéndola en un importante punto de control crítico a tener en cuenta por la industria de los productos MPF. La mayoría de contaminaciones por patógenos alimentarios de las hortalizas de hoja ocurre durante su producción. Entre las principales causas cabe destacar el uso de enmiendas orgánicas contaminadas, contaminaciones cruzadas por manipulación humana en las operaciones precosecha, empleo de agua de riego contaminada y presencia de material fecal por la intrusión de animales en el campo o falta de higiene del personal que trabaja en el campo. Además, los estudios científicos disponibles sobre el comportamiento de patógenos entéricos en los tejidos vegetales, así como durante su procesado, son escasos y no muy claros. El principal objetivo del Capítulo V la evaluación del comportamiento de E. coli y E. coli O157:H7 sobre hojas de Mizuna, Tatsoi y Red Chard desde la producción hasta su procesado y distribución en un sistema modelo. La habilidad de este patógeno entérico para sobrevivir sobre tejidos vegetales durante las operaciones precosecha hasta la distribución comercial se ha demostrado. Este estudio ha enriquecido la escasa información existente sobre el comportamiento de E. coli en brotes de hortalizas foliáceas además de proporcionar datos científicos útiles para el desarrollo de una adeacuada evaluación de riesgos durante la producción y procesado de estas hortalizas. El objetivo del Capítulo VI fue evaluar el efecto combinado de la radiación UV-C y el envasado en AM activas enriquecidas en O2, comparado con un envasado convencional en AM pasiva en la calidad total de Tatsoi MPF. La radiación UV-C sola y combinada con el envasado en AM superoxigenada fueron los tratamientos que mejor controlaron el crecimiento de la microflora natural durante la vida útil del producto a 5ºC. Dichos tratamientos no afectaron al contenido total de clorofila, polifenoles y capacidad antioxidante total durante la conservación refrigerada. La radiación UV-C y el envasado en AM enriquecida en O2 son tratamientos no térmicos de conservación y podrían utilizarse con este propósito en la industria para preservar la calidad total de tasoi MPF, minimizando el consumo de agua. En el Capítulo VII se evaluó la eficacia del ClO2 en sistemas industriales para el lavado y desinfección de tomate para consumo en fresco en dos factorías de California y Florida (EEUU). Los sistemas de lavado constaban de un tanque de recepción y un tanque de lavado, provistos de un sistema de recirculación de agua. Se evaluaron regularmente los niveles microbiológicos de los tomates antes y después del lavado, y del agua en cada tanque durante una jornada laboral. Del mismo modo, se evaluaron los parámetros fisicoquímicos temperatura, pH, turbidez, ClO2 residual, conductividad y potencial de oxidación redox (ORP) del agua de procesado de cada tanque. El sistema fue capaz de eliminar 5 log CFU/tomate de Pseudomonas flourescens inoculada artificialmente. Sin embargo, se registraron niveles de aerobios mesófilos totales alrededor de 4 log CFU/fruto después del procesado de tomates microbiológicamente esterilizados con AgNO3. La turbidez y la conductividad del agua de lavado aumentaron con el tiempo, mientras que el pH y el potencial de oxido-reducción se mantuvieron constantes. Se observó una correlación positiva entre el potencial redox y la temperatura, y una correlación negativa entre el potencial redox y la turbidez, la carga de aerobios mesófilos y coliformes totales. Este estudio a nivel industrial ha revelado valiosa información sobre el manejo y las limitaciones de sistemas operados con ClO2 en industrias de manipulación de tomate fresco. El diseño de los experimentos recogidos en el Capítulo VIII deriva de los resultados obtenidos en el Capítulo VII, en el que se ha demostrado que la calidad del agua tiene un fuerte impacto sobre la efectividad del ClO2. El objetivo de esta nueva experiencia fue evaluar la estabilidad del ClO2 en el agua de lavado de tomate fresco y el efecto antimicrobiano para inactivar diferentes serotipos de Salmonella enterica. Se utilizó una combinación factorial de los siguientes elementos: turbidez (0, 22, 43 y 160 FAU), temperatura del agua (10, 25 y 40ºC) y dosis de ClO2 (1, 3 y 5 mg/L) para evaluar el estado oxidativo del sistema (potencial redox) durante el tiempo y la capacidad para inactivar Salmonella. Entre los resultados obtenidos se observó una correlación inversa entre la turbidez del agua y la temperatura. El incremento de la turbidez redujo el potencial redox y aumentó el tiempo de contacto para la inactivación de S. enterica. Los resultados obtenidos demuestran el importante efecto de la temperatura y la calidad del agua para el mantenimiento del potencial redox en el tiempo y la inactivación de Salmonella. En la presente Tesis Doctoral se han evaluado diferentes alternativas al NaClO en hortalizas foliáceas y tomate. Se ha demostrado que el ClO2, el AE y el CSA aplicados en la etapa de lavado reduce la microflora natural del producto así como la de los patógenos inoculados, de manera tan eficaz como el NaClO, preservando los principales atributos de calidad de los productos tratados. Sin embargo, el lavado-desinfección con agentes químicos no garantiza la eliminación total de patógenos alimentarios, pero sí contribuye a su inactivación y disminución del riesgo de contaminaciones cruzadas. Al evaluar la eficacia de un desinfectante a nivel industrial, su efectividad está limitada por las condiciones industriales específicas, las cuales pueden variar de una factoría a otra. En sistemas de lavado industriales de ClO2 provistos de recirculación de agua, la calidad del agua de lavado tiene un fuerte impacto sobre la efectividad del desinfectante. El lavado-desinfección de los productos constituye solo una parte dentro del sistema de limpieza y desinfección y no debe considerase aislada. Por tanto, es crucial una visión integrada que englobe Buenas Prácticas Agrícolas, Buenas Prácticas de Fabricación y un efectivo sistema de APPCC para ofrecer a los consumidores productos frescos y MPF microbiológicamente seguros y de alta calidad.