Alteración de los Alimentos PDF - Análisis y Conservación en Español

ALTERACIÓN DE LOS ALIMENTOS 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Conceptos relacionados con la alteración. Según el Codex Alimentarius, la inocuidad de un alimento es la garantía de que éste no causará daño al consumidor cuando sea preparado o ingerido de acuerdo con el uso al que se destine. Un alimento e...

ALTERACIÓN DE LOS ALIMENTOS 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Conceptos relacionados con la alteración. Según el Codex Alimentarius, la inocuidad de un alimento es la garantía de que éste no causará daño al consumidor cuando sea preparado o ingerido de acuerdo con el uso al que se destine. Un alimento está alterado cuando en él se presentan cambios sustanciales o cualquier tipo de modificación que, normalmente, limita su aprovechamiento. En tal sentido, la alteración como cambio, supone una carga negativa relativa a la calidad del alimento. El alimento alteado puede presentar cambios en sus características organolépticas, lo cual ayuda al consumidor a detectar esta alteración. Aunque esto no siempre sucede. También hay que tener en cuenta que la alteración puede ser o no ser peligrosa para la salud. Por lo tanto, podemos definir como alimento alterado a “todo alimento que durante su obtención, preparación, manipulación, transporte, almacenamiento o tenencia, y por causas no provocadas deliberadamente, sufre variaciones en sus características organolépticos, composición química o valor nutritivo, de tal forma que su aptitud para el consumo puede quedar anulada o sensiblemente disminuida, aunque se mantenga inocuo”. En esta idea de cambio nos aparece el concepto de alimento adulterado. En este caso se trata de “todo alimento al que se le haya adicionado o sustraído cualquier sustancia para variar su composición, peso o volumen, con fines fraudulentos o para encubrir o corregir cualquier defecto debido a ser de inferior calidad o tener esta alterada”. Este concepto aunque podríamos considerarlo como alimento alterado, lo condiciona con dos aspectos que no siempre ocurren en los alimentos alterados: la finalidad del cambio, generar un fraude. y la intencionalidad de producir el cambio. Otro término relacionado es el alimento falsificado. Como tal se entiende: todo alimento en el que se haga concurrir alguna de las siguientes situaciones: que haya sido preparado o rotulado para simular otro conocido, que su composición real no corresponda a la declarada y comercialmente anunciada y cualquier otra capaz de inducir error al consumidor. El efecto de la alteración se puede manifestar en diferentes aspectos de los alimentos: modificación de las características físicas: textura, color, …. modificación de sus características químicas: olor, sabor, composición química  y/o modificación de sus características biológicas: flora microbiológica. 1.2. Agentes productores de alteración. Esos cambios en las características de los alimentos pueden tener unos causantes de diferente naturaleza. Así distinguimos entre agentes de naturaleza física, química o biológica. Como agentes físicos, solemos encontrar agentes generalmente atmosféricos o con la manipulación del alimento. Así encontramos la temperatura que puede originar la pérdida de componentes volátiles, la cristalización de la grasa originando cambios en el color y la estructura del alimento, o favorecer reacciones químicas como las de cambios de color que ocurren en las reacciones de pardeamiento. La luz, es otro agente atmosférico que favorece procesos de decoloración, origina la perdida de nutrientes fotolábiles, y favorece la auto-oxidación de lípidos. Relacionados con los procesos de manipulación de los alimentos encontramos los agentes mecánicos que pueden originar golpes, magulladuras, aplastamientos, …. Los agentes químicos que originan alteración pueden encontrarse en el alimento (intrínsecos) o ser ajenos del alimento (extrínsecos). Algunos agentes químicos muy importantes, debido a su naturaleza biogénica pueden ser considerados como agentes biológicos. Es el caso de los enzimas: propios o ajenos (perteneciente a la flora microbiana). Pero el agente extrínseco principal en la alteración de los alimentos es el oxígeno. Los agentes biológicos son los causantes de las alteraciones más importantes. Estas alteraciones se producen como resultado de la actividad metabólica del propio microorganismo. Originan pérdida de nutrientes en el alimento, acumulación de productos de desecho que pueden ser tóxicos y además pueden ser causa o vehículo de enfermedades en el consumidor. Las capacidades de modificación de los alimentos de estos organismos, en ocasiones son empleadas como el origen de producción de nuevos alimentos o la adición de nuevas características a los mismos. Los agentes biológicos con capacidad de modificación de los alimentos están detrás de la panificación, la producción de bebidas alcohólicas, la mantequilla,… Las alteraciones por este origen microbiológico suele ser la empleada o más importante para determinar la vida útil de un alimento. Esta vida útil permite clasificar los alimentos según sea la respuesta de alteración en condiciones ambientales habituales. Así hablamos de alimentos: Estables o no perecederos: aquellos que contienen menos del 12% de agua libre, como el azúcar, la harina, legumbres secas, granos de cereales…  Semiperecederos: aquellos que contienen menos de un 60% de agua libre o tienen ácidos o azúcares en concentración que dificultan el desarrollo microbiano, como patatas, manzanas, nueces sin cascara, …. Perecederos: se alteran con facilidad si no se utilizan procedimientos de conservación con ellos. 2. Agentes físicos productores de alteración 2.1. La luz. La luz se corresponde con una parte de la radiación electromagnética, la parte denominada espectro electromagnético. La luz visible es aquella que puede ser percibida por el ojo humano. Como parte de las radiaciones electromagnéticas la luz está formada por fotones, cuya característica es comportarse con las propiedades de dualidad onda corpúsculo. Como cualquier onda está definida por su longitud (λ) y su frecuencia (ν). Estas características determinan la capacidad de penetración en la materia de algunas de sus partículas y que dependiendo la energía que tengan generen un cambio en las moléculas con las que chocan. Las longitudes de onda por ejemplo del UV pueden atravesar diferentes moléculas, pero sin embargo producen cambios moléculas en el ADN (genotóxicas). La luz como agente alterador de los alimentos puede actuar de una forma directa sobre determinados nutrientes fotolábiles como son la vitamina B2 o riboflavina o la vitamina A, de manera que reduce su contenido en dichos alimentos. También actúa como factor favorecedor de ciertas reacciones químicas que pueden originar cambios en el color. El óxido nítrico que se produce a partir de los nitritos se une con el ion ferroso de la mioglobina y hemoglobina en las carnes. Lo que proporciona una coloración rosada habitual en este tipo de alimentos. La luz actúa como favorecedor de la acción del oxígeno sobre ese óxido nítrico, probando la disociación de ambas moléculas, de forma que el color se pierde. El curado excesivo (cantidades elevadas de nitrito) pueden originar enverdecimiento superficial, llamado “quemadura del nitrito” que se presenta en productos cárnicos curados de naturaleza ácida, como los embutidos fermentados. Se corresponden con la formación de compuestos porfirínicos nitrificados por la acción reductora bacteriana del nitrito. Por su oxidación pueden derivar a colores pardos, amarillo o decoloración. La luz también interviene como factor favorecedor de la auto-oxidación de los lípidos en los alimentos. A este proceso se le conoce como enranciamiento. La presencia de vitamina E, evita este proceso. En el aceite de oliva refinado, se produce la perdida de vitamina E por su procesado, lo que favorece su enranciamiento a diferencia del aceite de oliva virgen. Para evitar la acción de la luz se actúa en los recipientes de los alimentos buscando recipientes opacos o con colores que filtren aquellas longitudes de onda más activas para estos procesos de alteración. En este último sentido también se pueden emplear fuentes de luz que cumplan esta característica. 2.2. La temperatura El efecto más importante de la temperatura es como factor regulador del desarrollo microbiano, pero no es el único. Hay aspectos físicos del alimento como la textura o el color sobre los que también tiene un efecto importante determinando en algunos casos el estado sólido, cristalino o amorfo de sustancias como el chocolate. Además de la influencia en el desarrollo de las reacciones químicas que pueden producir modificaciones en las características del producto como puede ser el color, la composición química…, incluida la pérdida de nutrientes. Cuando nos referimos a temperatura vamos a tratar los casos de temperaturas extremas. Así encontramos que la congelación puede originar una serie de alteraciones debido a la combinación de otros factores. La congelación en un ambiente demasiado seco, origina que el aire que rodea al alimento congelado tome humedad de la superficie congelada en un proceso de sublimación que origina daños similares a una quemadura en el alimento (una deshidratación de la superficie y cambio en las características organolépticas). A esta alteración se le conoce como quemadura por frio, y es como hemos dicho, una gran desecación superficial en el alimento congelado. En ella aparecen manchas de color oscuro al ir concentrándose y oxidándose los pigmentos de las capas más superficiales. Temperaturas bajas, sin llegar a ser de congelación, originan cambios físicos en los alimentos como la cristalización de determinados componentes como ocurre en los aceites comestibles con sus ácidos grasos saturados y los de cadena más larga que se separan al bajar ciertas temperaturas de conservación. Las temperaturas de cambios en la cristalización también pueden ocurrir a temperaturas más altas, como es el caso del chocolate en el que durante su almacenamiento, cambios de temperatura, pueden originar modificación en la disposición de sus componentes y originarse una capa blanquecina en la superficie, es el denominado fat-bloom. Las temperaturas en el otro extremo (elevadas) hemos visto que pueden originar desde pérdida de componentes volátiles y por lo tanto modificación en olor y sabor de los alimentos como que favorezcan las reacción de pardeamiento no enzimáticos como la caramelización y la reacción de Maillard, dependiendo de las composiciones de los alimentos. Para evitar los efectos de las temperaturas extremas lo que podemos emplear son termostatos en almacenes, aislamiento térmico y emplear materiales que no conduzcan el calor. 2.3. Agentes mecánicos Las acciones mecánicas sobre los alimentos originan magulladuras y roces. Lógicamente estas acciones dependen del grado de protección que puedan proporcionar sus envolturas. Son muy frecuentes en frutas y verduras. Se pueden producir a lo largo de su manipulación. Globalmente distinguimos el roce y la magulladura, diferenciándose entre sí, por la rotura de la continuidad o no respectivamente de la superficie del alimento La magulladura (bruising), es el signo provocado por fuerzas de compresión, impacto o vibración sobre el alimento. No suponen la rotura de la envoltura o superficie. La manifestación del daño puede ser lenta, y lo hace con cambios en la textura y el color. El roce (friction marking) puede ser externo o interno. El roce externo se produce al someter el alimento a un movimiento extensivo que raspa la superficie. Se rompe la continuidad de la superficie sin alcanzar zonas internas. En esta zona se produce una decoloración difusa que se extiende al interior. El roce interno, pone en contacto una zona protegida a la acción microbiana y los agentes físico-químicos ambientales. En ambos casos se aplican modificaciones en los procedimientos de la cosecha, limpieza, embalaje y transporte de los alimentos. También se adaptan los embalajes a formatos que eviten estas acciones alterantes. 3. Agentes químicos productores de alteración. Las causas más importantes que producen deterioro en los alimentos son el pardeamiento no enzimático y el enranciamiento de las grasas. Estas alteraciones originan cambios en la coloración, producen olores y sabores no deseados y la formación de sustancias tóxicas para el consumidor. 3.1 Oxidación de los lípidos La oxidación de los lípidos (grasas y aceites) es la segunda causa de deterioro de los alimentos, despues de la acción de los microorganismos. Tiene como consecuan las alteraciones en el aroma y sabor (enranciamiento), en la textura, en el color, la pérdida de determinados nutrientes, la formación de sustancias potencialmente nocivas y repercusiones económicas considerables Pr lo tanto, en este proceso oxidativo se destruyen vitaminas liposolubles y se degradan ácidos poliinsaturados, provocando una disminución de la capacidad nutricional de alimento. Tampoco podemos olvidarnos de que la oxidación puede ocasionar toxicidad, productos volátiles, peróxidos, etc., afectando a la seguridad alimentaria. Estas transformaciones pueden deberse a dos motivos: Por el enlace éster de los acilglicéridos que es susceptible a la hidrólisis química y enzimática. Por los ácidos grasos insaturados que son sensibles a reacciones de oxidación. De hecho, la oxidación de los lípidos es una autoxidación, puesto que los radicales nunca se acaban. Partimos de: Sustrato: ácidos grasos insaturados. Catalizar: oxígeno, metales. Consiste en una reacción de propagación de radicales libres y formando, junto a ácidos grasos y oxígeno, peróxidos e hidroperóxidos (autooxidación). Estos compuestos, al ser bastante inestables, se pueden romper dando lugar a más radicales libres y generando una reacción en cadena. La autooxidación es un proceso irreversible de oxidación de las grasas. A día de hoy es imposible evitarlo totalmente, pero sí podemos retrasarlo mediante la adición de antioxidantes. El mecanismo de oxidación está constituido por tres fases o reacciones:  1. Reacciones de iniciación. Primera fase donde los iniciadores suele ser energía ( luz, calor, etc), trazas de metales pesados, y radicales peróxidos que hacen que se produzcan radicales libres activos. La acción de la energía provoca la descomposición del ácido graso insaturados o de peróxidos lipídicos, llamados también hidroperóxidos, en un radical libre e ión hidrógeno. 2. Reacciones de propagación. Con la oxidación de los radicales libres en combinación con otros ácidos grasos, se van formando hidroperóxidos y más radicales libres, que vuelven a entrar en la cadena de oxidación. Los hidroperóxidos por su parte, con laincidencia de la energía, forman grupos oxidrilo y la forma oxidada de los radicales libres, los cuales junto a otros ácidos grasos dan logar a mas hidroperóxidos y nuevos radicales libres. Por último, los grupos oxidrilo junto a otros ácidos grasos liberan agua y nuevos radicales libres expuestos a una nueva oxidación. 3. Reacciones de terminación. Hay gran cantidad de compuestos reactivos que interaccionan entre ellos. La concentración de radicales peróxidos se reduce cuando empieza a estabilizarse la formación de productos deteriorados. Dada la estabilidad de los productos originados en la reacciones de terminación, se termina la actividad de oxidación. En la autoxidación de las grasas continúa interviniendo un radical libre y la acción de la temperatura y de la luz. La formación de nuevas cadenas favore la aceleración de la reacción global, además la capacidad de racción se favorece en presencia de determinados metacles como cobre y hierro. Los radicales libres provenientes de la descomposción de hidroperóxidos, se asocian para formar productos no-radicales (aldehídos, cetonas de bajo PM resposables del olor a rancio). Tras la completa destrucción de lso acidos grasos se generan productos secundarios de la oxidación responsables de la aparición de la rancidez en los alimentos. Para retardar o impedir la oxidación de las grasas y el enranciamiento de los alimentos, es necesario conocer cómo prevenir la formación de lso primeros radicales libres o primeros hidroperóxidos. Es importante tener en cuenta que solo se puede acturar en la primera fase, tras la fase de propagación la autoxidación es inevitable y tampoco se puede retrasar. Factores que influyen en la oxidación Promotores Inhibidores Temperaturas altas refrigeración Metales Cu, Fe Secuestradores Peróxidos de grasas oxidadas Antioxidantes Lipoxidasa Escladado Luz UV Empaque opaco Poliinsaturación Hidrogenación de ácidos insaturados Para inhibir, reducir o retar la oxidación de los lípidos debemos actuar contra varios factores que favorecen su progreso. En un sentido amplio, se considera como antioxidante a cualquier sustancia o procedimiento de actuación que ayude a limitar la velocidad y/o extensión de los procesos oxidativos. Según este concepto, se podrían considerar tres tipos de antioxidantes, atendiendo a su mecanismo de actuación. Los dos primeros tipos están asociados a la adición de compuestos químicos, mientras que el tercero debe su acción a modificaciones de ciertos factores en el alimento y/o en su procesado. 3.1 Pardeamiento no enzimático Generalmente, el pardemaiento no enzimático es el resultado de reacciónes originadas por las condensaciones entre compuestos carbonilos y aminados o por la degradación de compuestos con dobles enlaces conjugados a grupos carbonilo. Estas reacciones conducen a la formación de polímeros oscuros que en algunos caso pueden ser deseables (aromas cárnicos sintéticos), pero que en la mayoría de casos conllevan alteraciones organolépticas y pérdidas del valor nutritivo de los alimentos afectados. La velocidad de oscurecimiento no enzimático tiene un máximo a valores de actividad de agua (aw) Aw= 0,6-0,7 El contenido de humedad se expresa en % y se utiliza habitualmente como un parámetro indicativo de las propiedades de un alimento, ingrediente o aditivo. La actividad de agua (aw) de un producto ya sea alimento, ingrediente o aditivo es el parámetro que mide el estado energético del agua, o dicho de forma equivalente, es la fracción del contenido de humedad total que está en forma libre ( no unida o coordinada a radicales hidrófilos). Normalmente, el valor de la aw en un producto alimentario condiciona los procesos de alteración relacionados con el desarrollo de microorganismos, la inestabilidad química y enzimática, las propiedades físicas y la absorción de humedad ambiental (isotermas9. El agua puede afectar la reactividad química a través de distintos mecanismos ya sea actuando como solvente, reactivo, o afectando a la movilidad de os reactivos debido a su influencia sobre la viscosidad del sistema. La aw tiene influencia sobre la oxidación de las grasa, el oscurecimiento no enzimático, la degradación de vitaminas, las reacciones enzimáticas, la desnaturalización de proteínas, y la temperatura de gelatinización y retrogradación de almidones. Por lo general, se observa que la relación de oscurecimiento decrece al aumentar el contenido de agua, aunque hay sistemas en los que la movilidad de los reactivos disminuye a bajos contenidos de agua. Se cree que el efecto inhibidor del alto contenido de agua puede deberse a que el agua es un producto con numerosas etapas de condensación durante las reacciones de oscurecimiento. El punto máximo de las reacciones de oscurecimiento tiene lugar en la mayoría de alimentos a valores de aw:0,3-0,6. Al disminuir la aw aumentará el oscurecimiento, pasando a valores de aw=0,4. Tipos de reacciones: Existen cuatro rutas principales para el pardeamiento no enzimático, si bien, la química de estas reacciones está relacionada con la reacción de Maillard: Reacción de Maillard. Oxidación del ácido ascórbico  Peroxidación de lípidos Caramelización a alta temperatura. 3.1.1. Reacción de Maillard La gran complejidad química que entraña la reacción de Maillard, así como la frecuencia con la que se produce en los alimentos, ha suscitado un enorme interés. Esta reacción es especialmente importante para la industria alimentaria, ya que se da frecuentemente en los alimentos durante procesos como el horneado, tostado, fritura, etc. La reacción les confiere nuevos colores, olores, sabores y texturas que pueden ser agradables para el consumidor, pero, al mismo tiempo, puede originar sustancias que los alteren o que sean peligrosos para la salud. Además, la reacción de Maillard puede disminuir el valor nutritivo de los alimentos, aunque las consecuencias nutricionales de la reacción no están estandarizadas debido a que varían en función de una serie de parámetros como, por ejemplo, la estructura química de los reactantes, sus concentraciones, la temperatura, el pH, la presión, el tiempo y la actividad de agua. La reacción de Maillard es el resultado de productos reductores, primariamente azúcares, que reaccionan con proteínas o con grupos amino libres. Esta reacción cambia tanto las propiedades químicas como fisiológicas de las proteínas. En general, la acumulación de pigmentos de color marrón indica que la reacción se ha producido en alimentos que contienen hidratos de carbono y proteínas. En la industria láctea se emplea como indicador de un procesado térmico excesivo. La reacción de Maillard puede dividirse en tres etapas: 1. Etapa temprana: esta etapa corresponde a una serie de reacciones químicas, conocidas y caracterizadas, en las que aún no se produce pardeamiento. Comienza con la condensación entre el grupo carbonilo del azúcar reductor o un lípido oxidado y el grupo amino de un aminoácido, péptido o proteína, originando la base de Schiff, que sufre una reorganización llamada de Amadori. Esto origina ya una pérdida de valor nutritivo, porque el grupo amino queda bloqueado y no es disponible. El producto que se obtiene se llama compuesto de Amadori (N-sustituido-i- amino-1-deoxi-2-cetosa) y se ha detectado en alimentos calentados, liofilizados y almacenados. 2. Etapa avanzada: en condiciones de temperatura más extremas se forman gran cantidad de compuestos que son los responsables d ellos olores que desprenden los alimentos cocinados. En esta etapa se produce la fragmentación de los azúcares y la degradación de los aminoácidos, formándose compuestos coloreados y fluorescentes. El pH influye  decisivamente en el desarrollo de la reacción, de manera que pueden seguirse tres rutas diferentes a partir del compuesto de Amadori: Pérdida de moléculas de carbono por escisión: que da lugar a la formación de compuestos que pueden contener nitrógeno y reaccionar con otros productos intermedios de la reacción, responsables de los aromas característicos. Deshidratación dando reductonas y dihidrorreductonas que pueden reaccionar con aminoácidos que sufren la denominada degradación de Trecker dando lugar a piracinas y aldehídos componentes del olor y sabor de los alimentos cocinados. Deshidratación fuerte que produce furfural y derivados responsables del aroma. 3. Etapa final: Incluye una serie de reacciones de condensación, originando oligómeros y polímeros insolubles de elevado peso molecular. Se trata de pigmentos pardos llamados melanoidinas, difíciles de aislar y cuya estructura y caracterización todavía son objeto de estudio. 3.1.2 Oxidación del ácido ascórbico (vitamina C) La oxidación del ácido ascórbico (vitamina c) es catalizada por el ph bajo y temperaturas elevadas, Y LOS PRODUCTOS DE DESCOMPOSCIÓN RESULTANTES DE SU OXIDACIÓN causan una coloración marrón y la pérdida de valor nutritivo. El ácido ascórbico se somete a una reacción química similiar a la de los azúcares, salvo que los aminoácidos no son necesarios para el pardemaiento. Se trata de una vitamina muy reactiva, que se degrada a través de dos rutas, las cuales permite la formación de intermediarios de dicarbonil y por este motivo forman productos de pardeamiento. 3.1.3 Peroxidación de los lípidos La peroxidación de los lípidos es debida a la acción del oxígeno y las especies reactivas del oxígeno sobre los ácidos grasos, especialmente en los ácidos grasos no saturados. Estos se oxidan para formar aldehídos y cetonas que entonces reaccionan con aminoácidos para formar pigmentos pardos, como en la reacción de Maillard. 3.1.4 Caramelización La caramelización es la reacción de pardeamiento de los azúcares cuando son calentados por encima de su punto de fusión en ausencia de proteínas o aminoácidos. Esta se ve favorecida por condiciones alcalinas o ácidas y se usa para la coloración comercial de caramelos y para obtener flavores. Por ejemplo, en la sacarosa empieza la aparición de sustancias amargas como consecuencia del comienzo de la carbonización a partir de 180ºC. La caramelización puede ser conveniente o perjudicial para la calidad de un producto alimentario, y se puede prevenir evitando el proceso a alta temperatura y almacenando a bajas temperaturas. Las consecuencias son cambios de color y sabor. Con una caramelización controlada, los caracteres organolépticos pueden ser deseables, pero si el proceso sigue, se transforma en un sabor acre a quemado que sobresale del resto del alimento. La caramelización se presenta en alimentos tratados térmicamente de manera drástica como: leche condensada, leche azucarada, derivados de panificación, frituras, fabricación de caramelo líquido y sólido, dulces de leche como galletas, natillas, etc. Factores que influyen en el pardeamiento no enzimático Los factores que influyen en el pardeamiento no enzimático son: Tipo de hidrato de carbono: la intensidad de la reacción depende del tipo de hidrato de carbono, los cuales se pueden clasificar según su estructura química en monosacáridos,  disacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos dan una reacción más intensa que los disacáridos, y dentro de estos últimos, los azúcares reductores dan mayor intensidad que los no reductores. Dentro de los monosacáridos, las pentosas dan reacción más intensa que las hexosas. Tipo de proteínas y aminoácidos: la intensidad de color también depende del tipo de aminoácidos. El aroma de los productos de reacción depende de los aminoácidos que componen las proteínas y de la temperatura de cocción, siendo los aminoácidos básicos los más reactivos. Concentración de hidratos de carbono y proteínas: para que se lleve a cabo, la reacción es necesario que estén presentes los dos sustratos: hidratos de carbono y proteínas. Al aumentar la concentración de estos sustratos en el alimento, mayor será la intensidad de la reacción. Tiempo y temperatura de cocción: si bien la reacción puede ocurrir a temperatura ambiente, se ve favorecida a altas temperaturas. Al aumentar el tiempo de cocción, aumenta la intensidad de la reacción. PH: la intensidad de la reacción aumenta a pH alcalino (pH> 7) y disminuya a pH ácidos ( pH