IRRADIACION
Tratamientos no térmicos en la conservación de alimentos
Objetivo: eliminar o al menos minimizar, la degradación de la calidad de los alimentos que se produce con el procesado térmico
Manteniendo la temperatura del alimento por debajo de las temperaturas normalmente utilizadas en los tratamientos térmicos se espera que las vitaminas, nutrientes, aromas,etc. no sufran cambios o que éstos sean mínimos.
Los alimentos pueden ser procesados por tratamientos no térmicos utilizando irradiación, medios químicos y métodos combinados
IRRADIACIÓN DE ALIMENTOS
El tratamiento de algunos alimentos por radiaciones o partículas ionizantes permiten destruir en ciertos casos, algunos o todos los microorganismos presentes en el alimento; también se emplean para destruir insectos e inhibir o retardar procesos fisiológicos, especialmente la germinación de tubérculos vegetales.
La radiación es la emisión y propagación de energía a través del espacio (vacío) o un medio material.
El espectro electromagnético en relación con las radiaciones de interés en la conservación de alimentos puede dividirse en:
microondas
rayos ultravioletas
rayos
rayos X
rayos
92 Protones 90
146 Neutrones 144
92 Electrones 90
91 Protones 82
143 Neutrones 124
91 Electrones 82
Uranio238 Torio234
Protactinio234 Plomo206
GENERACION DE ENERGIA RADIANTE:
RAYOS ALFA Y GAMMA
FISION NUCLEAR
Libera neutrones que inician otras fisiones
PODER DE PENETRACION
Lead: plomo
α β
γ n
Piel, papel, 1 a 4 pulg.de aire
Menos de ¼ pulg. metal, vidrio, concreto, 1 a 18 pies de aire
2 a 12 pulg.plomo, 3 a 18 pulg.acero, 1 a 6 pies de concreto
[Alfa]
[Beta]
[Gamma o Neutron]
Radiación emite en todas direcciones y
rebota en superficies. El escudo protector
varía con el tipo de radiación.
Fisión Nuclear y ENERGIA
- En EEUU existen
aproximadamente 103 plantas de energía nuclear y 435 en el mundo
- 17% de la energía mundial proviene de la energía nuclear
Radiación ionización de la molécula de agua
Los electrones expulsados de las moléculas de agua rompen los enlaces químicos y los productos resultantes se recombinan dando lugar a hidrógeno y peróxido de hidrógeno, radicales de hidrógeno (H*), radicales hidroxilo (OH*) y radicales hidroperoxi (HO2*).
Ionización del agua
H2O H2O+ + e- e- + H2O H2O- H2O+ H+ + OH*H2O- H* + OH-
Los radicales libres formados durante la irradiación tienen una vida extremadamente corta (< 10-5 seg) pero suficiente para provocar la destrucción de la célula bacteriana.
Radiaciones ionizantes
capacidad para romper los enlaces químicos cuando son absorbidas por los compuestos
rayos X creados por el impacto de electrones de alta energía sobre un blanco apropiado (metales pesados)
rayos provenientes de la desintegración radioactiva del cobalto 60
mismo lote de Cebollas
Otro método de irradiación consiste en el uso de aceleradores, que producen haces de e- de voltajes muy altos. Pueden encenderse y apagarse como una lámpara y no tienen relación con la industria nuclear.
Tienen menor poder de penetración que los rayos . El espesor adecuado es de 5-10 cm de producto.
La fuente de irradiación más usada es el Co60. Es fabricado comprimiéndolo en píldoras cilíndricas encajadas en tubos de acero que se colocan en un reactor donde se bombardean con neutrones durante un año. Se forma Co60 altamente purificado, que emite radiaciones mientras se transforma a Ni60. Se emplea también en los tratamiento médicos.
El diseño del irradiador consiste en una cámara con la fuente de Co60. Cuando no se usa la fuente se sumerge en una piscina de agua que absorbe la energía o se rodea de un revestimiento protector de plomo. La cámara de irradiación se construye con gruesas paredes de hormigón para retener la radiación que no absorbe el producto.
A los rayos gamma, X y haces de electrones de alta energía, se los llama radiación ionizante porque llevan e- fuera de sus órbitas normales: iones o radicales libres. El átomo o molécula busca otro e-.
También se producen radicales libres en otros procesos:
pasteurización, cocción, etc.
La radiación gamma permite ionizar átomos o moléculas en forma uniforme. A veces se busca la falta de homogeneidad: cocción de carne.
Los vegetales como las papas germinan durante el almacenamiento por su división celular. El almidón pasa a glucosa para usar esta energía.
La irradiación ioniza las macromoléculas y las células no pueden germinar.
Principales efectos sobre los alimentos
Destrucción de microorganismos
Radiaciones ionizantes
cambian la estructura de la membrana celular de los microorganismos y afectan sus actividades enzimáticas y metabólicas.
Tienen un efecto más importante sobre las moléculas de DNA y ácido ribonucleico del núcleo celular (esenciales para su crecimiento y proliferación). Los efectos de la irradiación no se manifiestan hasta al cabo de algún tiempo en que la doble hélice de ADN es incapaz de desplegarse impidiendo la duplicación celular. La división celular se inhibe antes que otras funciones, tales como la movilidad o respiración.
Unidades de medida
En el campo de las radiaciones ionizantes se utilizan:
gray (Gy) representa la absorción de un joule de energía por kilo de alimento. 1 Gy equivale a 100 rad.
rad: cantidad de radiación que origina una absorción de energía de 100 ergios/gr de materia irradiada (10-2 J/kg).
El rango habitual de irradiación de alimentos va desde 50 Gy a 10000 Gy.
El nivel más alto, 10000 Gy o 10 kGy, es igual a la cantidad de energía necesaria para que el agua alcance una T de 2.4ºC.
Durante la cocción gran parte de la energía se pierde en llevar el producto a la T a la que se cocinará. La superficie se seca y dificulta la penetración de calor.
La irradiación penetra uniformemente, una cantidad pequeña de energía puede cumplir el objetivo
Dosis Baja (hasta 1 kGy): es usada para demorar los procesos fisiológicos, como maduración y senescencia de frutas frescas y vegetales, y para controlar insectos y parásitos en los alimentos.
Dosis Media (hasta 10 kGy): es usada para reducir los microorganismos patógenos y descomponedores de distintos alimentos; para mejorar propiedades tecnológicas de los
alimentos, como reducir los tiempos de cocción de vegetales deshidratados; y para extender la vida en anaquel de varios alimentos.
Dosis Alta (superior a 10 kGy): es usada para la
esterilización de carne, pollo, mariscos y pescados, y otras preparaciones en combinación con un leve calentamiento para inactivar enzimas, y para la desinfección de ciertos alimentos o ingredientes, como ser especias.
Radappertización esterilización comercial dosis entre 2 y 5 Mrad
puede reducir la calidad de los alimentos, por eso es preferible hacerla a T muy baja (-30 C°) y en ausencia de oxígeno.
destruye las esporas de C. Botulinum en la misma proporción que las esterilizaciones térmicas (1012 a 100 /ml)
Radurización reducción de la carga microbiana dosis empleada > 1 Mrad
Las bacterias psicrófilas Gram (-) son muy sensibles (reducciones decimales 7). No sirve para bacterias Gram (+)
permite prolongar el periodo de almacenamiento, con o sin refrigeración.
Radicidación dosis de 1 Mrad o inferiores
reducción de microorganismos patógenos viables no esporulados, especialmente
Salmonella
, hasta que ninguno sea detectable por los métodos normalizadosLa radurización y la radicidación por si solas no pueden asegurar la preservación de un alimento por mucho tiempo;
a veces la conservación puede lograrse asociando una irradiación ligera con la refrigeración, deshidratación parcial, adición de agentes conservadores o un tratamiento térmico moderado.
Experiencias realizadas demuestran que ni la radurización ni la radicidación producen riesgo de crear mutantes patógenos.
VIDA MEDIA
Tiempo necesario para que se descomponga la mitad de la muestra. La velocidad detransformación nuclear depende sólo de la concentración del reactante
Disminución de 20.0 mg de 15O. Cuánto
permanece después de 3 vidas-media? Después de 5 vidas-media?
Actividad de la fuente
Dosis absorbida
Dosis biológica efectiva
Intensidad
Unidad antigua
Curie Rad Rem Roentgen
Unidad SI Becquerel Gray Sievert ...
Por cada vida media la mitad de la sustancia se descompone.
Por ejemplo: Ra-234 (226) tiene una vida-media de 3.6 días.
Si se comienza con 50 gramos de Ra-234
Después de 3.6 días > 25 gramos Después de 7.2 días > 12.5 gramos Después de 10.8 días > 6.25 gramos
permite definir una dosis de reducción decimal característica de la especie microbiana.
No = número inicial de microorganismos N = número de microorganismos que sobreviven
K = constante
N/No = exp (-k. dosis) destrucción de
microorganismos función dosis de radiación
Las dosis sucesivas tienen efecto acumulativo
Microorganismo Dosis (krad) Pseudomonas sp . 6
Penicillum sp . 40 Salmonella sp . 70
Clostridium botulinum (esporas) 370 Deinococcus radiodurans 800
Cuanto más pequeño y rudimentario es un microorganismo, mayor es la dosis de radiación necesaria para destruirlo.
0.70 kGy
La bacteria Deinococcus radiodurans es muy resistente a las radiaciones. Puede soportar niveles de radiación muy superiores a los niveles suficientes para matar a un ser humano.
longitud de onda de máximo efecto germicida = 260 nm
es agente bactericida
Luz ultravioleta al ser absorbida por las proteínas y ácidos nucléicos determina cambios fotoquímicos conducentes a la muerte celular
exposiciones un largo período de tiempo (uno o más ciclos vitales del organismo) son más eficaces que intensidades de radiación mayores durante períodos de tiempo menores.
Raquitismo: enfermedad de la niñez. Se usa UV para generar radicales libres que transforman un esteroide natural (7-dehidrocolesterol) en vitamina D (20-29 ng/ml es suficiente).
Procesos de la industria alimentaria en los que se utiliza la irradiación U.V.
envasado de quesos
prevención del desarrollo superficial de hongos en productos de panadería purificación del aire de establecimientos de embotellado y procesado de alimentos
UV light causes pyrimidine
dimers in DNA
Dosis requerida para inactivar
agentes contaminantes de alimentos
Dosis requerida
para inactivar
bacterias
Dosis requerida para inactivar bacterias
Dosis
requerida para
inactivar
virus
Factores que influencian la sensibilidad de los microorganismos a la luz U.V: pH, la temperatura y la carga microbiana por unidad de superficie expuesta.
Corrientemente las esporas bacterianas son más resistentes a la luz U.V. que las correspondientes formas vegetativas.
La luz U.V. tiene escasa capacidad de penetración por lo
que se aplica sobre la superficie de los alimentos, donde
puede catalizar reacciones oxidativas que terminan
produciendo rancidez y decoloración
Rayos X
Rayos ondas electromagnéticas de frecuencia del orden de 1017 ciclos por segundo Resultan mucho más penetrantes que los
electrones y se necesitan espesores de varios cm de plomo para pararlos.
La obtención de rayos a partir de núcleos excitados de Cs137 es la forma más económica de obtener radiaciones para la conservación de alimentos, ya que son subproductos de la fisión atómica o productos de desecho.
27Co60 28Ni60 + e- + tiempo de semitransformación = 5.3 años
55Cs137 56Ba137 + e- + tiempo de semitransformación = 33 años
emisiones de rayos por desintegración del Co60 o Cs137
Ventajas:
producen rayos muy penetrantes
Desventajas:
no es posible parar la emisión
la fuente disminuye su actividad progresivamente
¿Cómo afecta la irradiación a los alimentos y mo?
Las moléculas grandes y complejas, o macromoléculas son responsables de la alteración. Las probabilidades de ser golpeadas e ionizadas por los rayos son altas. Para llevar a cabo sus funciones específicas deben estar intactas. La ionización rompe o modifica su estructura y se inactivan.
Entre las aplicaciones más importantes está la destrucción de bacterias patógenas. La reproducción de los m.o.
depende de sus ácidos nucleicos, ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico).
El tratamiento convencional para erradicar insectos no es suficiente para matar o eliminar sus huevos. Por ej.la mosquita de las frutas proviene de huevos que se encuentren en la fruta.
La presencia o ausencia de oxígeno durante la irradiación influencia la resistencia de los microorganismos a las radiaciones la eliminación total de oxígeno de la suspensión microbiana triplica la resistencia de
Escherichia coli
a las radiaciones.Si el alimento sometido a irradiación es rico en agua y está en contacto con el aire se puede formar peróxido de hidrógeno acción bactericida
La composición del medio ejerce influencia en la destrucción de bacterias, el cloruro sódico y ciertas especias, tales como la mostaza, aumentan el efecto letal de las radiaciones.
La temperatura modifica la sensibilidad de las bacterias a la irradiación esporas de
Bacillus pumilis
pueden inactivarse utilizando una dosis de radiación reducida al 60%, si T se eleva a 60°C.Efectos complementarios de calor y radiación
La irradiación sensibiliza las esporas microbianas a un posterior tratamiento térmico, por el contrario el calentamiento de las esporas antes de su irradiación no tiene efecto sobre su radiosensibilidad
Se observó que en carne picada se necesita una dosis de preirradiación de aproximadamente 106 rads para reducir el valor de Fo de
C. Botulinum
tres veces.Los distintos alimentos muestran diferentes grados de sensibilidad y pueden, por lo tanto, requerir distintas combinaciones de tratamientos radiotérmicos.
aroma a rancio Irradiación
de alimentos
pérdidas en componentes liposolubles y ácidos grasos esenciales
degradación de pectinas y por tanto de la textura de frutas y legumbres.
pérdida de algunas
vitaminas C y B1 pérdidas inferiores a las que resultan de un tratamiento térmico
No se producen efectos sobre la digestibilidad de las proteínas o sobre la composición en aminoácidos esenciales de los alimentos irradiados.
Normas y reglamentaciones
La seguridad alimentaria de este sistema fue probada exhaustivamente por un comité de expertos de la Organización para la Alimentación y la Agricultura (FAO), la Organización Internacional de Energía Atómica (IAEA) y la Organización Mundial de la Salud (OMS). Los estudios demostraron que la inocuidad desde el punto de vista toxicológico, de los alimentos irradiados que han absorbido una dosis media global de hasta 10 kGy no sufre menoscabo alguno. Además, el tratamiento no supone ningún riesgo sobre el valor nutritivo y la calidad microbiológica de los mismos.
12 / 1997 EE.UU. aprobó el uso de estetratamiento en carnes porcinas, ovinas, vacunas y de aves para prolongar la vida comercial de las carnes y para
controlar tres microorganismos patógenos (
Escherichia coli
O157,Clostridium perfringens
ySalmonella
sp.) que han ocasionado muchos problemas sanitarias.Instalaciones
Para la irradiación comercial de alimentos se utilizan distintos tipos de instalaciones: plantas de rayos gamma (cobalto-60 o cesio-137) y de rayos X, dependiendo del tipo y presentación del alimento y del objetivo del tratamiento.
En el mundo, el número de plantas supera el centenar. Las de rayos gamma, principalmente cobalto-60, son las más numerosas.
Son 40 los países que ya autorizaron el uso de la irradiación y existen más de 227 productos alimenticios tratados con este sistema que han sido liberados para consumo humano. El volumen de alimentos tratados en 1997 se estima en 700 mil toneladas, con una mayor participación de los granos y las especias vegetales.
Respecto a los volúmenes procesados, los países que más se destacan son Ucrania, Rusia, China, Sudáfrica, Holanda, Japón, EE.UU., México y Francia.
Rotulación de alimentos irradiados
Los alimentos irradiados y aquellos que contengan componentes irradiados en una proporción que exceda el 10% del peso total y se expendan envasados deben rotularse con una leyenda que indique
"Alimento tratado con energía ionizante" o
"Contiene componentes tratados con energía ionizante" respectivamente, con caracteres de tamaño no menor del 30%
de los que indican la denominación del producto.
Debe utilizarse además el logotipo recomendado por el Comité de Etiquetado de Alimentos del Codex Alimentarius, e indicarse la instalación industrial donde ha sido procesado el alimento, la fecha de tratamiento y la identificación del lote.
Fuente de irradiación
Alimentos irradiados
Sistema X-Ray
Nivel por rayos
Espesor por rayos
Aplicaciones
De acuerdo con la cantidad de energía entregada, se pueden lograr distintos efectos. En un rango creciente de dosis, es posible:
Inhibir la brotación de bulbos, tubérculos y raíces
Esterilizar insectos para evitar su propagación a áreas libres, en productos frutihortícolas y granos.
Esterilizar parásitos, comoTrichinella spiralis
en carne de cerdo, impidiendo la enfermedad (triquinosis)
Prolongar el tiempo de comercialización de, por ejemplo, carnes frescas y “frutas finas”, por reducción de la contaminación microbiana total.
Eliminar microorganismos patógenos no esporulados, causantes de enfermedades al hombre, tales como Salmonella en pollo y huevos
Esterilizar alimentosLos alimentos irradiados podrían ser radioctivos?
El material radiactivo no se instala en el producto. La radioactividad detectada en el alimento es la misma que podría tener antes de ser irradiado. Este nivel natural se encuentra en todos los alimentos.
En 1986 la Administración de Drogas y Alimentos de EEUU expresó:
Debido a que no se ha remitido ninguna prueba que
contradiga los datos obtenidos por la FDA demostrando que
la irradiación de los alimentos no los convierte en
radioactivos, no es necesaria una posterior discusión sobre
este tema.
POLITICAS DE CNEA EN IRRADIACION DE
ALIMENTOS- 2003
Listeria monocytogenes es un bacilo no presenta cápsula ni espora. Es móvil a 25 ºC pero inmóvil a 37 ºC por inactivación del flagelo. Produce la fermentación láctica y bacteriocinas (toxinas capaces de matar a otras bacterias).
Puede provocar abortos, meningoencefalitis y meningitis especialmente en neonatos, ancianos e inmunodeprimidos.
Es una bacteria anaerobio facultativo, móvil por flagelos, no forma esporas. Los niños menores de 5 años de edad con problemas de alimentación, así como los ancianos son susceptibles a complicaciones.
E. coli puede causar infecciones intestinales y extra- intestinales generalmente severas, tales como infecciones del aparato excretor, meningitis, peritonitis, septicemia y neumonía.
Salmonella typhi responsable de la fiebre tifoidea. Síntomas:
fiebre, dolor de cabeza, vómitos.
Salmonella: en carnes crudas y aves. Es muy sensible al calor.
Intoxicación estafilocócica: más común es Staphylococcus aureus u hospitalario: manipuladores infectados. La toxina no se destruye con calor ni irradiación. Síntomas: vómitos y diarrea (2-4 hs).
Shigella: provoca diarrea, vómitos. En los bebés mortalidad del 25%.
Escherichia coli (venganza de Moctezuma): las enfermedades asociadas son diarrea grave, daño del tejido intestinal, diarrea del viajero y diarrea sanguinolenta.
E.Coli O157 (enterohemorrágica) diarrea y fallo renal en niños.
Intoxicaciones por mohos. Las toxinas se llaman micotoxinas. La aflatoxina es producida por Aspergillus flavus.
Los hongos crecen en granos húmedos y frutos secos. Pueden llegar a producir la muerte.
Pseudomona aeruginosa es un patógeno oportunista humano, más comunmente afecta a los inmunosuprimidos, tales como aquellos con SIDA. Estas infecciones pueden afectar a muchas partes del cuerpo, pero típicamente afectan las vías respiratorias, causando pulmonía bacteriana.
P. oryzihabitans puede también ser un patógeno humano, aunque las infecciones son raras. Puede causar peritonitis y septicemia.
Síntomas similares, aunque poco frecuentes, puede ser vistas con P. luteola.
Clostridium perfringes: anaerobia, esporulado, produce toxiinfección, desaparecen en uno o dos días. Alimentos: vacuno, pollo, pavo y cerdo, productos lácteos.
