Ventajas y Limitaciones del Procesamiento de Alimentos con Luz Ultravioleta

Ventajas y Limitaciones del Procesamiento de Alimentos con Luz Ultravioleta

J.A. Guerrero-Beltrán y G.V. Barbosa-Cánovas

Universidad del Estado de Washington

Los efectos de la radiación con luz UV sobre los microorganismos puede variar de especie a especie y, entre cepas de la misma especie, del medio de cultivo, estado del cultivo , densidad de microorganismos y otras características como el tipo y composición del alimento.

Efectos Microbiológicos es que la transcripción y réplica del DNA se bloquean,

os efectos de la radiación con luz UV sobre los microorganismos puede variar de especie a especie y, en las mismas especies, puede

depender de la cepa, medio de cultivo, estado del cul-

tivo (Chang et al., 1985; Wright et al.,, 2000), densi- dad de microorganismos y otras características como el tipo y composición del alimento. Los hongos y leva- duras son más resistentes durante la desinfección; sin embargo, los niveles altos de microorganismos deben tomarse en cuenta cuando se usa UV-C para desinfec- tar (Bachmann, 1975).

La radiación absorbida por DNA puede detener el crecimiento celular y producir la muerte celular (Liltved y lndfald, 2000). La luz UV-C que absorbe el DNA causa un cambio físico de electrones que provoca la ruptura de los enlaces del DNA, retrasar la reproducción o muerte celular (Anonymous, 2002ª). Esto significa que el efecto bactericida de la UV-C es básicamente a nivel del ácido nucleico (Wright et al., 2000). Un enlace cruzado entre tiamina y citosina (Nucleótido de bases Pirimídicas) en la misma cadena de DNA ocurre por la radiación de UV-C. Los fotoproductos más comunes de DNA son dímeros ciclobutil pirimidina. El efecto obtenido

comprometiendo a las funciones celulares y eventual- mente produciendo la muerte celular. Los efectos en los enlaces cruzados del DNA son proporcionales a la cantidad de exposición de luz UV-C (Snowball y Hornsey,

1988; Sastry et al., 2000).

La foto reactivación puede ocurrir cuando las células dañadas por UV-C se exponen a longitudes de onda mayores a 330 nm (Liltved y Landfald, 2000). El daño ocurrido a nivel DNA se puede reparar por factores proteínicos (DNA repara genes) (Yajima et al., 1995). La separación del ácido nucléico con tratamiento con luz UV-C se puede foto reactivar (luz fluorescente) debido a la activación de la enzima fotoliasa que monomeriza los dímeros (separación de tiamina y otras priridinas) formados después del proceso de radiación. (Stevens et al., 1998). Sin embargo un ambiente oscuro puede evitar la foto reactivación de productos irradiados (Stevens et al., 1998) o restaurar las células expuestas a la luz UV-C.

Efecto de Luz UV en Alimentos

La radiación UV-C (radiación no ionizada) tiene la ventaja de que no produce residuos químicos, subpro-

Tabla 1. Características de la Luz Ultravioleta

Tipo Longitud de Onda Rango Características

UV-A Largo 320-400nm Cambios en el color de piel (bronceado)

UV-B Medio 280-320nm Piel quemada (cáncer)

UV-C Corto 200-280nm Rango Germicida (microorganismos)

UV-V 100-200nm Rango de UV de vació

ductos o radiación. También es un proceso seco y frío (Bachmann, 1975; Morgan, 1989) que requiere muy poco mantenimiento (Anónimo, 2002ª), tiene bajo costo ya que no necesita energía como un tratamiento medio. Por esta razón, existe un creciente interés en usar luz UV-C para la desinfección de alimentos (Sastry et al., 2000). Sin embargo, todo producto ali- menticio, líquido o sólido, tiene su propia composición y esto puede determinar la dosis de UV-C. La única desventaja en el uso de luz UV-C para desinfección es que la unidad o equipo de UV-C se debe colocar tan cerca como sea posible al objetivo en el proceso (Anónimo, 2002b).

Alimentos Líquidos

Se sabe que la luz UV-C sólo penetra a una profun- didad muy pequeña en la superficie de líquidos que no sean agua (Shama, 1999). Por ejemplo, la penetración de luz UV en jugos es de aproximadamente 1 mm por absorsión el 90% de luz (Sizer y Balasubramaniam,

1999). Esta es la razón principal para usar flujo turbu- lento durante el procesamiento de alimentos líquidos (Anónimo, 1999). El efecto de penetración de la radia- ción de UV-C depende del tipo de líquido, de la absor- bancia UV-C, solutos solubles en el líquido y de materia suspendida. Aumentar la cantidad de sólidos reducirá la intensidad de penetración de radiación UV-C; las partí- culas grandes suspendidas también podrían bloquear la

incidencia de luz en la carga microbiana (Shama, 1999;

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Tabla 2. Dosis baja y alta de luz UV-C (254 nm) necesarios para inhibir 100% de varios tipos de microorganismos.

Organismo Microorganismo Dosis Baja (J/m2) Microorganismo Dosis Alta (J/m2)

Alga Chlorella vulgaris 220 Alga verde azúl 4200

Bacteria

(vegetativa) Bacillus megatherium 25 Sarcina lutea 264

Bacteria (esporas) Bacillus subtilis 220 Bacillus anthracis 462

Hongos Oospora lactis 110 Aspergillus Níger 3300

Virus Adeno virus tipo III 45 Tobacco mosaic 4400

Levaduras Levadura de cerveza 66 Saccharomyces sp. 176

Tabla 3. Desinfección de agua para beber por exposición a 254 nm de luz Ultravioleta para reducir

la carga microbiana 4-log. (Fuente: Hoyer, 1998; Sastry et al., 2000).

Microorganismo

Exposición requerida sin reactivación (J/m2)

Exposición requerida con la reactivación

(J/m2)

Escherichia coli ATCC 23958 50 200

Vibrio cholerae wild isolate 50 210

Citrobacter freindii 80 250

Escherichia coli ATCC 11229 100 280

Enterobacter cloacae 100 330

Yersinia enterocolitica 100 320

Klebsiella pneumoniae 110 310

Pseudomonas aeruginosa 110 190

Salmonella Typhimurium 130 250

Serratia marcescens 130 300

Salmonella Typhi 140 190

Enterocolitica faecium 170 200

Mycobacterium smegmatis 200 270

Tabla 4. Coeficiente de absorción de UV-C a 254 nm para alimentos líquidos

Alimento Líquido α(cm-1)

Agua destilada 0.007-0.01

Agua para beber 0.02-0.1

Jarabe clarificado 2-5

Vino blanco 10

Vino tinto 30

Cerveza 10-20

Jarabe oscuro 20-50

Leche 300

Bintsis et al., 2000). Es necesario que se expongan todas las partes del fluido a po lo menos 400 J/m2 de luz UV a 254nm para asegurar una reducción adecuada de 5 ciclos log de un microorganismo subrogado, para poder obtener un alimento microbiológicamente seguro. Las dosis de UV-C se deben aplicar al sistema entero para asegurar que el alimento líquido se trata por igual (Anónimo, 1999).

Hoyer (1998) señaló que la foto reactivación de células puede ocurrir cuando las células se exponen a luz visible en el rango del espectro azul. Estas células foto reactivadas pueden ser más resistentes a la luz UV-C

cuando se aplica un segundo tratamiento de UV (Sastry, et al., 2000). Hoyer (1998) observó que se requiere una dosis mayor de UV-C para obtener una reducción

4-log de células foto reactivadas previo al tratamiento de agua con UV-C (Tabla 3).

UV-C se ha aplicado para reducir la carga microbiana de varios tipos de microorganismos en algunos alimentos líquidos. Wright et al. (2000) usó una unidad de desin- fección con una película delgada de UV-C (10 cámaras individuales en series) para tratar jugo de manzana sin pasteurizar inoculado con una mezcla de 5 cepas de E. coli 0157:H7. Evaluaron la reducción log de E.coli usando diferentes velocidades de flujo, en un rango de

0.999 a 6.48L/min, lo que correspone a un rango de 610 a 94 J/m2 encontrando una reducción de 3.81 log (cfu/ ml) en jugo de manzana. Sin embargo, esta reducción no es suficiente para alcanzar la reducción microbiana de 5-log recomendada para alimentos líquidos.

Harrington y Hills (1968) obtuvo una reducción microbiana total de 2.673-log en jugo de manzana con una buena vida de anaquel durante 35 días a 2.2°C. Faired et al (2001) trató una película delgada de jugo de naranja que resbalaba por una pared de un sistema

de UV a 214.2 W/m2 y encontró que el jugo de naranja tratado con UV duplicó su vida de anaquel sin cambios en color y sabor.

Alimentos Sólidos

Frutas y Vegetales

La luz UV-C también se aplica en frutas frescas, vegetales y raíces antes de almacenarse para cumplir dos objetivos. Uno es el de reducir la carga microbiana inicial en la superficie del producto y el otro es el de inducir la resistencia del huésped a los microorganismos. El efecto benéfico de la luz UV-C en alimentos frescos se denomina

‘hormesis’ y el agente (luz UV) se llama ‘hormetina’ o

‘efecto hormético’ (Stevens et al., 1997, 1999). El efecto

stolonifer en jitomates y papas dulces durante el almacenamiento.

Pescado, Pollo y Carne

Se pueden tratar varios tipos de carne con UV-C en la superficie para reducir la carga microbiana antes de su refrigeración. La carne fresca irradiada con luz UV-C reduce la carga microbiana en

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