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EL MUNDO DE LOS ALIMENTOS
   
Conservación de alimentos
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EL MUNDO DE LOS ALIMENTOS
La Cidra
Post Grados en Alimentos
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La industria del procesado de los alimentos es una de las de mayor facturación de nuestro entorno económico. Sin embargo, se aprecia que la industria de manufacturación de alimentos no ha introducido las nuevas tecnologías en la medida que lo han hecho ya otros sectores.
Para paliar esta carencia está la Ingeniería de los Alimentos que, mediante el avance científico-técnico, busca la obtención de productos con valor añadido que sean seguros, convenientes, económicos, nutritivos y altamente aceptables. Su desarrollo podría encuadrarse en tres líneas:

• tecnologías emergentes,
• procesos de transporte y
• operaciones unitarias, diseño y evaluación de procesos.


El objetivo de esta ponencia es el de poner de manifiesto la existencia de áreas de trabajo que se caracterizan por necesitar de una importante multidisciplinariedad al precisar conocimientos tanto básicos como de aplicación a casos prácticos.

El interés de investigar en este campo viene de que, como es sabido, la industria del procesado de los alimentos es una de las que tiene una mayor facturación en nuestro entorno económico. Su misión es la de llevar a cabo sucesivas operaciones unitarias de transformación para que los alimentos, desde su estado primario, lleguen a convertirse en otros productos alimenticios elaborados. Su capacidad para continuar suministrando a los consumidores alimentos de alta calidad y seguros depende de la disponibilidad de nuevas e innovadoras tecnologías.

La respuesta de la industria, motivada por el interés de los consumidores que desean que se les suministren alimentos adecuados que contribuyan al mantenimiento de una dieta saludable y a un bajo coste, no se puede lograr sin la mejora del procesado actual y sin el empleo de nuevas tecnologías. La mejora en la eficiencia de las operaciones de procesado requerirá del conocimiento de su estado, del control de las propiedades del producto, de sus características y de los parámetros del procesado.

La ingeniería de los alimentos busca la obtención de productos con valor añadido que sean seguros, convenientes, económicos, nutritivos y altamente aceptables mediante el avance científico-técnico en el procesado y en el envasado.

Grosso modo, se aprecia que la industria de manufacturación de alimentos no ha introducido las nuevas tecnologías en la medida que lo han hecho ya otros sectores. Lar razón de ello habría que buscarla en la dificultad que surge del hecho de que los alimentos son productos heterogéneos, de que sus propiedades cambian con las condiciones de procesado y de que todavía no se dispone de sensores electrónicos que garanticen la seguridad y la calidad de los alimentos a lo largo de su vida útil.

Para hacer avanzar sus bases tecnológicas hacia los niveles que tienen otros procesos de manufacturación, de forma que se favorezca el crecimiento de la industria alimentaria y que se potencie la competitividad global del sector, se requiere un fuerte apoyo a la investigación en ingeniería de alimentos por parte de las instituciones gubernamentales a nivel europeo, nacional y autonómico, de las fundaciones privadas y de la propia industria alimentaria.

Los temas de investigación deberían incluir fundamentos del procesado, preservación e ingredientes, así como del desarrollo de nuevas tecnologías. Las nuevas tecnologías deberían incluir la mejora de la productividad a través del uso racional de las materias primas, la energía y los recursos humanos. En particular, un buen control del proceso puede mejorar la utilización de los recursos existentes y reducir las pérdidas del procesado.

Por otro lado, y teniendo en cuenta las cambiantes preferencias de los consumidores, la investigación en ingeniería de alimentos debería integrar los aspectos que a ellos les interesan, tales como salud/nutrición, alimentos seguros y de calidad, estudio de la capacidad contaminante de los sistemas de manufacturado de alimentos o de su envasado, etc.

Para poner de manifiesto la multidisciplinariedad antes mencionada, podemos referirnos a lo que puede convertirse en el futuro desarrollo de la ingeniería de alimentos, el cual podría encuadrarse en tres líneas: tecnologías emergentes, procesos de transporte y operaciones unitarias y diseño y evaluación de procesos.

1. Tecnologías emergentes
Han de tenerse en cuenta la seguridad, la calidad y la compatibilidad con el medio ambiente. Entre ellas se encuentran los alimentos de diseño, el procesado aséptico, la esterilización por microondas, la irradiación, el calentamiento óhmico o con radiofrecuencias, la extracción supercrítica y los bioprocesos y la biotecnología.

Las áreas de mayor interés son las que aportan las mayores posibilidades de obtener un incremento del valor añadido de los alimentos finales. Este valor añadido se puede conseguir de varias formas: con una reducción de las mermas y de los desperdicios, aprovechando mejor las propiedades favorables de los productos de partida, consiguiendo una mayor producción o aumentando la calidad.

En la obtención de alimentos de diseño se hace necesario el conocimiento de los mecanismo que intervienen en su formulación y de la ingeniería del sistema. En ella puede jugar un papel importante la extrusión; en este campo hay que investigar las interacciones entre los integrantes de los alimentos, entre los productos que intervienen y entre éstos y los componentes del equipamiento. Hay que llegar a conocer la estabilidad de las emulsiones, dispersiones y espumas, así como de los coloides.

Existe la necesidad de extender los conocimientos basados en lo relativo al alimento individual a los sistemas multicomponentes. Ello incluye la gelatinización de los almidones, su reología, sus transiciones de fase, la estabilidad del producto empleado (recurriendo a la aproximación de la ciencia de polímeros), la dinámica molecular de los componentes mediante la aproximación de la mecánica estadística. También el empleo de la espectroscopía de RMN para comprender, a nivel fundamental, los sistemas de alimentos y sus componentes en casos tales como la cristalización de la grasa, los estados de equilibrio y los metaestables que conducen a los fenómenos de desmembramiento, al equilibrio dinámico y al movimiento molecular en geles rígidos y blandos.

Una de las tecnologías más antiguas que existen para proporcionar larga vida útil a los alimentos es el procesado térmico. Áreas de interés relacionadas con este procesado son, entre otras: el estudio de las condiciones de procesado suave que eviten cambios excesivos en las propiedades sensoriales; el asegurar la inactivación de los microorganismos; la inducción de cambios físicos o químicos en el material; la conversión de procesados en paralelo en procesados en continuo.

Los intercambiadores de calor se emplean para el procesado en continuo de los productos alimenticios. Sin embargo, en el caso de las grandes plantas y tiempos prolongados de funcionamiento, se puede producir su obstrucción, lo cual constituye un especial foco de investigación. Otro problema reciente está relacionado con los nuevos patógenos que resisten al calor y que incluso aumentan, formando aglomeraciones y capas coloidales de protección.

Los procesados asépticos, con calentadores convencionales u óhmicos, precisan de mas investigación, puesto que de ellos cabe esperar la obtención de productos con gran calidad, en términos de sabor, color y retención de vitaminas, que se mantengan durante prolongados períodos de tiempo.

También plantea retos para los investigadores y la industria el procesado y el envasado aséptico de alimentos granulados poco ácidos (pH > 4,6). La investigación se dirige a los siguientes temas: determinación de las velocidades relativas del fluido en relación con las partículas; determinación de los coeficientes de transmisión superficial, entre las paredes y el fluido (entre las partículas y el fluido, tanto para el caso del calentador como del enfriador); determinación de los parámetros que intervienen en el procesado mediante calentamiento óhmico, y determinación de la calidad de los alimentos procesados mediante esa tecnología.

También es necesario abordar la obtención de indicadores biológicos, químicos o físicos para conocer el estado de seguridad y de calidad de los alimentos. Modelizar y medir, durante el tratamiento térmico, en los sistemas de procesado aséptico (es decir, la combinación de transmisión de calor, la transmisión del momento y la cinética de reacción). Determinar las propiedades termofísicas en las temperaturas del procesado aséptico (121-250 ºC). Y desarrollar, asimismo, una estrategia de control para un procesado seguro.

La introducción de las microondas en la industria para la esterilización mediante el calentamiento rápido de alimentos precocinados ha sido lenta debido a la falta de información del diseñador en lo relativo a las propiedades de los alimentos y a la carencia de líneas maestras para el control de estrategias. La modelización de la transmisión de calor y de la absorción/distribución de energía en combinación con la experimentación a nivel de planta piloto proporcionaría una información necesaria para que esta tecnología llegue a ser utilizable en aplicaciones industriales.

Temas de investigación serían: determinación de las propiedades dieléctricas de los componentes de los sistemas de alimentos; deshidratación asistida mediante microondas tanto con fluidización como sin ella; sistemas híbridos, es decir, combinación de microondas y de sistemas convencionales de calentamiento; asimismo habría que desarrollar un esterilizador por microondas con distribución uniforme de calor.

Otros temas de investigación relacionados con el procesado y la preservación de los alimentos serían: el empleo de la extracción supercrítica para el desarrollo de procesos de extracción de aceites y grasas, sabores y productos a partir de caldos fermentativos. La investigación de los parámetros del procesado y de la seguridad y la calidad de los procesos de alta presión empleando presiones hidrostáticas de hasta 1500 MPa con objeto de desactivar microorganismos; la posibilidad de emplear ondas electromagnéticas a radiofrecuencias para la esterilización o la pasterización de varios productos alimentarios; el empleo de efectos combinados de calor, por convección o radiación, para favorecer la mortandad microbiana y la calidad del producto; el estudio del efecto combinado del calor y de los ultrasonidos en la mortandad microbiana, la desactivación enzimática y la calidad del producto; la posibilidad de emplear la irradiación en combinación en el envasado en atmósferas controladas, para obtener productos de larga vida en carne, pollo y pescados. Y el aumento de la eficacia y de la uniformidad de la pasterización en superficie mediante la combinación de chorro de electrones y de agua caliente.

También se precisa investigar en áreas del bioprocesado y de la biotecnología para obtener alimentos seguros, nutritivos y sabrosos para el ser humano. El foco de atención en el área del bioprocesado y de la biotecnología es la mejora del conocimiento de la producción y del control de calidad relacionados con los parámetros que intervienen en las problemáticas del sabor, el color, las enzimas y las proteínas cuando se emplean bioreactores. Otra área de investigación es la del empleo, antes de los tratamientos térmicos, de péptidos antimicrobiológicos tales como las bacteriocinas. La aplicación de la biotecnología ha permitido la caracterización de algunas bacteriocinas demostrándose que poseen propiedades inhibidoras de los microbios. Se debería investigar la aplicación de tal tipo de aditivos para reducir la carga microbiana inicial, su estabilidad mediante el calor y su posible potencial tóxico.

2. Procesos de transporte y operaciones unitarias
Resulta claramente manifiesta la carencia de datos sobre las propiedades físicas de los componentes básicos de los alimentos tales como las reológicas y las térmicas, de masa y de superficie. Por lo tanto, se hace muy necesaria su obtención. También se precisa conocer el efecto de la estructura del poro y de la composición de los alimentos en la movilidad de la humedad durante varias operaciones unitarias tales como el secado, la cocción, el inflado y la extrusión. Estas propiedades de los alimentos se utilizan en el diseño de proceso y en la simulación, donde se emplean modelos, a partir de la constitución de los alimentos. Por todo ello resulta importante su estudio. Además, el diseño de equipos de procesado está dentro del ámbito de los investigadores y de los ingenieros de procesos, no del de los que producen equipamiento. Así pues, debe potenciarse el estudio de nuevos componentes y el diseño de nuevos equipos para el procesado de alimentos.

Se precisa llevar a cabo el estudio del comportamiento reológico de los alimentos cuya composición y origen son conocidos para relacionar su estructura con sus aspectos físico-químicos. Además, se ha de llevar a cabo el estudio de la interacción entre las propiedades reológicas y los fenómenos de transmisión de calor y de masa; por ejemplo, sería bueno conocer cómo es el proceso de transmisión de calor en sistemas gelatinizados. Se deberían estudiar las propiedades físicas y reológicas que intervienen en los procesos de extrusión, cocción e inflado.

Los procesos de transmisión de calor y de masa son cruciales en muchos de los métodos de preservación de alimentos. Resultan temas de gran interés en esta área: la transmisión de calor y de masa durante la congelación y la descongelación, en la crioconcentración y el estudio de la calidad de los alimentos durante diferentes procesos a distintas velocidades de calentamiento y enfriamiento, tanto en sistemas celulares como en los multicomponentes. Se precisa de más investigación para mejorar el rendimiento de los intercambiados de calor reduciendo las obstrucciones de los conductos. Y no hay que olvidar la mejora del ahorro energético.

3. Diseño y evaluación de proceso de alimentos
Los temas de investigación comprendidos en este ámbito tienen como meta favorecer la seguridad y la salud, así como mejorar el rendimiento y la economía de los procesos. Con estos objetivos se han empleado técnicas de separación, eliminando fracciones no deseadas o componentes de alimentos fraccionados, con objeto de obtener un único componente funcional. Existen técnicas de separación por membranas que incluyen la microfiltración, el intercambio de iones y los bioseparadores asistidos eléctricamente, pero se necesita más investigación para llegar a diseñar y evaluar procesos que conduzcan a la obtención de ingredientes con alto valor añadido en la industria alimentaria.

Actualmente estamos estudiando procesos de obtención y preservación de alimentos mediante altas presiones. Esta técnica tiene la clara ventaja, sobre la tradicional del procesado térmico, de que la preservación a largo plazo se consigue con una exposición térmica mucho menor, conservando las calidades del producto original: color, sabor, retención de vitaminas… Además se consiguen otros efectos favorables como la texturización, la esterilización, etc. Las firmas que manufacturan estos equipos, todas ellas grandes empresas, están volcadas en el área de los alimentos. La generalización del empleo de esta tecnología depende de los avances que se consigan en el diseño y en el costo de los equipos. Por lo tanto, se precisa más investigación que favorezca la aplicación de esta tecnología.

También estamos estudiando la modelización y la simulación de procesos alimentarios. Estos modelos ayudan en el diseño y en la optimización de los productos y de los procesos complejos, por ejemplo, el del procesado por altas presiones. En este campo se consideran interesantes las nuevas estrategias de control y los sistemas de validación para poder aplicarlos a los procesos de alimentos particulados poco ácidos. Se debe prestar atención a las reacciones químicas y biológicas que ocurren durante el procesado completo de alimentos que se le ofrecen al consumidor, desde que se comienza con la materia prima.

Se debe investigar la aproximación al punto crítico que controla estrechamente los requerimientos de seguridad. También es necesario el desarrollo de nuevos sensores para poder realimentar procesos de control y se precisan modelos de los procesos que permitan desarrollar controles predictivos. Actualmente estudiamos la lógica difusa así como otros grupos abordan las redes neuronales para su aplicación al control de procesos de alimentos. Se deben incorporar a la investigación de los alimentos los conceptos de manipulación con calidad total, manufacturado en el tiempo requerido y con ordenador integrado.

Es preciso desarrollar sensores que determinen el estado dinámico de los procesos de los alimentos en la cadena de producción y en tiempo real. Los esfuerzos en investigación deberían dedicarse al empleo de técnicas tales como la visión, la fibra óptica, la RMN o la RMN de imagen, rayos infrarrojos, ultrasonidos y biosensores o sondas de genes para monitorizar procesos. Existe la necesidad de investigar nuevos métodos no destructivos para comprobar el envasado de los alimentos.

4. Conclusiones
La investigación en ingeniería de alimentos es la clave para convertir las materias primas en productos alimentarios nutritivos, seguros, convenientes y apetecibles organolépticamente. También para la obtención de ingredientes o de productos para su empleo como alimentos o para otros usos.

De lo expuesto se desprende que este campo se caracteriza por necesitar de una importante multidisciplinariedad al precisar conocimientos tanto básicos como aplicados. El principal obstáculo que impide obtener las bases suficientes para un desarrollo científico eficiente e innovador es la insuficiente financiación por parte de la industria y de los gobiernos.
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