En el campo del procesamiento de alimentos, la pasteurización ( también pasteurización ) es un proceso de conservación de alimentos en el que los alimentos envasados y sin envasar (p. ej., leche y jugos de frutas ) se tratan con calor suave, generalmente a menos de 100 °C (212 °F). , para eliminar patógenos y prolongar la vida útil . La pasteurización destruye o desactiva los microorganismos y enzimas que contribuyen al deterioro de los alimentos o al riesgo de enfermedades, incluidas las bacterias vegetativas , pero la mayoría de las esporas bacterianas sobreviven al proceso. [1] [2]
El proceso de pasteurización lleva el nombre del microbiólogo francés Louis Pasteur , cuya investigación en la década de 1860 demostró que el procesamiento térmico desactivaría los microorganismos no deseados en el vino . [2] [3] Las enzimas de deterioro también se inactivan durante la pasteurización. Hoy en día, la pasteurización se utiliza ampliamente en la industria láctea y otras industrias de procesamiento de alimentos para lograr la conservación y la seguridad alimentaria . [3]
En el año 1999, la mayoría de los productos líquidos eran tratados térmicamente en un sistema continuo donde se puede aplicar calor mediante un intercambiador de calor o el uso directo o indirecto de agua caliente y vapor. Debido al calor suave, se producen cambios menores en la calidad nutricional y las características sensoriales de los alimentos tratados. [4] La pascalización o procesamiento a alta presión (HPP) y el campo eléctrico pulsado (PEF) son procesos no térmicos que también se utilizan para pasteurizar alimentos. [1]
El proceso de calentar vino con fines de conservación se conoce en China desde el año 1117 d. C. y fue documentado en Japón en el diario Tamonin-nikki , escrito por una serie de monjes entre 1478 y 1618. [5]
Mucho más tarde, en 1768, una investigación realizada por el sacerdote y científico italiano Lazzaro Spallanzani demostró que un producto podía volverse "estéril" después del procesamiento térmico. Spallanzani hirvió caldo de carne durante una hora, selló el recipiente inmediatamente después de hervir y observó que el caldo no se echaba a perder y estaba libre de microorganismos. [2] [6] En 1795, un chef y pastelero parisino llamado Nicolas Appert comenzó a experimentar con formas de conservar los alimentos, y tuvo éxito con sopas, verduras, jugos, productos lácteos, jaleas, mermeladas y jarabes. Colocó la comida en frascos de vidrio, los selló con corcho y lacre y los puso en agua hirviendo. [7] Ese mismo año, el ejército francés ofreció un premio en efectivo de 12.000 francos por un nuevo método para conservar los alimentos. Después de unos 14 o 15 años de experimentación, Appert presentó su invento y ganó el premio en enero de 1810. [8] Más tarde ese año, Appert publicó L'Art de conserver lesstances animales et végétales (" El arte de preservar las sustancias animales y vegetales "). "). Este fue el primer libro de cocina de este tipo sobre métodos modernos de conservación de alimentos. [9] [10]
La Maison Appert (inglés: The House of Appert ), en la localidad de Massy, cerca de París, se convirtió en la primera fábrica embotelladora de alimentos del mundo, [7] que conservaba una variedad de alimentos en botellas selladas. El método de Appert consistía en llenar botellas de vidrio gruesas y de boca grande con productos de todo tipo, desde carne de res y aves hasta huevos, leche y platos preparados. Dejó espacio para el aire en la parte superior de la botella y luego el corcho se sellaba firmemente en el frasco usando un tornillo de banco . Luego, la botella se envolvió en una lona para protegerla mientras se sumergía en agua hirviendo y luego se hirvió durante el tiempo que Appert consideró apropiado para cocinar completamente el contenido. Appert patentó su método, a veces llamado apertización en su honor. [11]
El método de Appert era tan simple y viable que rápidamente se generalizó. En 1810, el inventor y comerciante británico Peter Durand , también de origen francés, patentó su propio método, pero esta vez en una lata , creando así el proceso actual de enlatado de alimentos. En 1812, los ingleses Bryan Donkin y John Hall compraron ambas patentes y comenzaron a producir conservas . Apenas una década después, el método de enlatado de Appert había llegado a Estados Unidos. [12] La producción de latasaa no fue común hasta principios del siglo XX, en parte porque se necesitaban un martillo y un cincel para abrir las latas hasta la invención del abrelatas por parte de Robert Yeates en 1855. [7]
Un método menos agresivo fue desarrollado por el químico francés Louis Pasteur durante unas vacaciones de verano en 1864 [13] en Arbois . Para remediar la acidez frecuente de los vinos añejos locales , descubrió experimentalmente que basta con calentar un vino joven a sólo 50-60 °C durante un breve período para matar los microbios, y que Posteriormente el vino podría envejecer sin sacrificar la calidad final. [13] En honor a Pasteur, este proceso se conoce como "pasteurización". [2] [14] La pasteurización se utilizó originalmente como una forma de evitar que el vino y la cerveza se amargaran, [15] y pasarían muchos años antes de que se pasteurizara la leche. [16] En los Estados Unidos en la década de 1870, antes de que se regulara la leche, era común que la leche contuviera sustancias destinadas a enmascarar el deterioro. [17]
La leche es un medio excelente para el crecimiento microbiano [18] y, cuando se almacena a temperatura ambiente, pronto proliferan las bacterias y otros patógenos. [19] Los Centros para el Control de Enfermedades (CDC) de EE. UU. dicen que la leche cruda mal manipulada es responsable de casi tres veces más hospitalizaciones que cualquier otra fuente de enfermedades transmitidas por alimentos, lo que la convierte en uno de los productos alimenticios más peligrosos del mundo. [20] [21] Las enfermedades que se previenen mediante la pasteurización pueden incluir tuberculosis , brucelosis , difteria , escarlatina y fiebre Q ; también mata las bacterias dañinas Salmonella , Listeria , Yersinia , Campylobacter , Staphylococcus aureus y Escherichia coli O157:H7 , [22] [23] entre otras.
Antes de la industrialización, las vacas lecheras se mantenían en zonas urbanas para limitar el tiempo entre la producción y el consumo de leche, por lo que se reducía el riesgo de transmisión de enfermedades a través de la leche cruda. [24] A medida que aumentaron las densidades urbanas y las cadenas de suministro se alargaron hasta la distancia entre el campo y la ciudad, la leche cruda (a menudo de unos días) pasó a ser reconocida como una fuente de enfermedades. Por ejemplo, entre 1912 y 1937, unas 65.000 personas murieron de tuberculosis contraída por consumir leche sólo en Inglaterra y Gales. [25] Debido a que la tuberculosis tiene un largo período de incubación en humanos, fue difícil vincular el consumo de leche no pasteurizada con la enfermedad. [26] En 1892, el químico Ernst Lederle inoculó experimentalmente leche de vacas enfermas de tuberculosis en conejillos de indias, lo que provocó que desarrollaran la enfermedad. [27] En 1910, Lederle, entonces en el cargo de Comisionado de Salud, introdujo la pasteurización obligatoria de la leche en la ciudad de Nueva York . [27]
Los países desarrollados adoptaron la pasteurización de la leche para prevenir dichas enfermedades y la pérdida de vidas y, como resultado, la leche ahora se considera un alimento más seguro. [28] Una forma tradicional de pasteurización mediante escaldado y colado de la crema para aumentar las cualidades de conservación de la mantequilla se practicó en Gran Bretaña en el siglo XVIII y se introdujo en Boston, en las colonias británicas, en 1773, [29] aunque no se difundió ampliamente. practicado en los Estados Unidos durante los siguientes 20 años. La pasteurización de la leche fue sugerida por Franz von Soxhlet en 1886. [30] A principios del siglo XX, Milton Joseph Rosenau estableció los estándares (es decir, calentamiento lento a baja temperatura a 60 °C (140 °F) durante 20 minutos) para la pasteurización de la leche [31] [32] mientras estuvo en el Servicio Hospitalario Marino de los Estados Unidos, en particular en su publicación de The Milk Question (1912). [33] Los estados de EE. UU. pronto comenzaron a promulgar leyes obligatorias de pasteurización de productos lácteos, la primera en 1947, y en 1973 el gobierno federal de EE. UU. exigió la pasteurización de la leche utilizada en cualquier comercio interestatal. [34]
La vida útil de la leche pasteurizada refrigerada es mayor que la de la leche cruda . Por ejemplo, la leche pasteurizada a alta temperatura y tiempo corto ( HTST ) suele tener una vida útil refrigerada de dos a tres semanas, mientras que la leche ultrapasteurizada puede durar mucho más, a veces de dos a tres meses. Cuando el tratamiento ultratérmico ( UHT ) se combina con manipulación estéril y tecnología de contenedores (como el envasado aséptico ), se puede almacenar incluso sin refrigeración hasta por 9 meses. [35]
Según los Centros para el Control de Enfermedades , entre 1998 y 2011, el 79% de los brotes de enfermedades relacionadas con los lácteos en los Estados Unidos se debieron a la leche cruda o los productos de queso. [36] Informan 148 brotes y 2.384 enfermedades (284 de las cuales requirieron hospitalización), así como dos muertes debido a la leche cruda o los productos de queso durante el mismo período de tiempo. [36]
Los equipos médicos, en particular los equipos respiratorios y de anestesia, a menudo se desinfectan con agua caliente, como alternativa a la desinfección química. La temperatura se eleva a 70 °C (158 °F) durante 30 minutos. [37]
La pasteurización es un tratamiento térmico suave de alimentos líquidos (tanto envasados como no envasados), en el que los productos normalmente se calientan por debajo de los 100 °C. El tratamiento térmico y el proceso de enfriamiento están diseñados para inhibir un cambio de fase del producto. La acidez del alimento determina los parámetros (tiempo y temperatura) del tratamiento térmico así como la duración de la vida útil. Los parámetros también tienen en cuenta las cualidades nutricionales y sensoriales sensibles al calor.
En alimentos ácidos ( pH <4,6), como jugos de frutas y cerveza , los tratamientos térmicos están diseñados para inactivar enzimas (pectina metilesterasa y poligalacturonasa en jugos de frutas) y destruir los microbios que los deterioran (levaduras y lactobacilos ). Debido al bajo pH de los alimentos ácidos, los patógenos no pueden crecer. De este modo se prolonga la vida útil varias semanas. En alimentos menos ácidos (pH >4,6), como la leche y los huevos líquidos, los tratamientos térmicos están diseñados para destruir patógenos y organismos perjudiciales (levaduras y mohos). No todos los organismos de descomposición se destruyen bajo los parámetros de pasteurización, por lo que es necesaria una refrigeración posterior. [1]
La pasteurización a alta temperatura y tiempo breve (HTST), como la que se utiliza para la leche (71,5 °C (160,7 °F) durante 15 segundos, garantiza la seguridad de la leche y proporciona una vida útil refrigerada de aproximadamente dos semanas. En la pasteurización a temperatura ultraalta (UHT), la leche se pasteuriza a 135 °C (275 °F) durante 1 a 2 segundos, lo que proporciona el mismo nivel de seguridad, pero junto con el empaque, extiende la vida útil a tres meses bajo refrigeración. [38]
Los alimentos se pueden pasteurizar antes o después de envasarlos en recipientes. La pasteurización de alimentos en recipientes generalmente utiliza vapor o agua caliente. Cuando los alimentos se envasan en vidrio, se utiliza agua caliente para evitar que el vidrio se rompa por el choque térmico . Cuando se utilizan envases de plástico o metal, el riesgo de choque térmico es bajo, por lo que se utiliza vapor o agua caliente. [1]
La mayoría de los alimentos líquidos se pasteurizan mediante un proceso continuo que pasa el alimento a través de una zona de calentamiento, un tubo de retención para mantenerlo a la temperatura de pasteurización durante el tiempo deseado y una zona de enfriamiento, después de lo cual el producto se llena en el paquete. Los intercambiadores de calor de placas se utilizan a menudo para productos de baja viscosidad como leches animales, leches de frutos secos y zumos. Un intercambiador de calor de placas se compone de muchas placas verticales delgadas de acero inoxidable que separan el líquido del medio de calentamiento o enfriamiento.
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se utilizan a menudo para la pasteurización de alimentos que son fluidos no newtonianos , como productos lácteos, salsa de tomate y alimentos para bebés. Un intercambiador de calor de tubos está formado por tubos concéntricos de acero inoxidable. Los alimentos pasan a través del tubo o tubos interiores, mientras que el medio de calentamiento/enfriamiento circula a través del tubo exterior.
Los intercambiadores de calor de superficie raspada son un tipo de carcasa y tubo que contienen un eje giratorio interno que tiene cuchillas accionadas por resorte que sirven para raspar cualquier material altamente viscoso que se acumule en la pared del tubo. [39]
Los beneficios de utilizar un intercambiador de calor para pasteurizar alimentos antes de envasarlos, frente a pasteurizar alimentos en contenedores, son:
Luego de ser calentado en un intercambiador de calor, el producto fluye a través de un tubo de retención durante un período de tiempo determinado para lograr el tratamiento requerido. Si no se alcanza la temperatura o el tiempo de pasteurización, se utiliza una válvula de desviación de flujo para desviar el producto subprocesado de regreso al tanque de producto crudo. [40] Si el producto se procesa adecuadamente, se enfría en un intercambiador de calor y luego se llena.
Las técnicas microbiológicas directas son la medida definitiva de la contaminación por patógenos, pero son costosas y requieren mucho tiempo, lo que significa que los productos tienen una vida útil reducida cuando se verifica la pasteurización.
Como resultado de la inadecuación de las técnicas microbiológicas, la eficacia de la pasteurización de la leche normalmente se controla comprobando la presencia de fosfatasa alcalina , que se desnaturaliza mediante la pasteurización. La destrucción de la fosfatasa alcalina asegura la destrucción de los patógenos comunes de la leche. Por tanto, la presencia de fosfatasa alcalina es un indicador ideal de la eficacia de la pasteurización. [41] [42] Para los huevos líquidos , la eficacia del tratamiento térmico se mide por la actividad residual de la α-amilasa . [1]
A principios del siglo XX, no había un conocimiento sólido de qué combinaciones de tiempo y temperatura inactivarían las bacterias patógenas en la leche, por lo que se utilizaban varios estándares de pasteurización diferentes. En 1943, tanto las condiciones de pasteurización HTST de 72 °C (162 °F) durante 15 segundos, como las condiciones de pasteurización discontinua de 63 °C (145 °F) durante 30 minutos, fueron confirmadas mediante estudios de muerte térmica completa (como mejor que se pudo medir en ese momento) para una variedad de bacterias patógenas en la leche. [43] Posteriormente se demostró la inactivación completa de Coxiella burnetii (que en ese momento se pensaba que causaba fiebre Q por la ingestión oral de leche infectada) [44] [45], así como de Mycobacterium tuberculosis (que causa la tuberculosis ) [46] . A todos los efectos prácticos, estas condiciones fueron adecuadas para destruir casi todas las levaduras , mohos y bacterias de descomposición comunes y también para garantizar una destrucción adecuada de los organismos patógenos comunes resistentes al calor. Sin embargo, las técnicas microbiológicas utilizadas hasta la década de 1960 no permitieron enumerar la reducción real de bacterias. La demostración del grado de inactivación de bacterias patógenas mediante la pasteurización de la leche provino de un estudio de bacterias supervivientes en la leche que fue tratada térmicamente después de haber sido deliberadamente enriquecida con altos niveles de las cepas más resistentes al calor de los patógenos más importantes transmitidos por la leche. [47]
Las reducciones medias log 10 y las temperaturas de inactivación de los principales patógenos transmitidos por la leche durante un tratamiento de 15 segundos son:
(Una reducción log 10 entre 6 y 7 significa que 1 bacteria de 1 millón (10 6 ) a 10 millones (10 7 ) de bacterias sobrevive al tratamiento).
El Código de Prácticas de Higiene para la Leche del Codex Alimentarius señala que la pasteurización de la leche está diseñada para lograr al menos una reducción de 5 log 10 de Coxiella burnetii . [48] El Código también señala que: "Las condiciones mínimas de pasteurización son aquellas que tienen efectos bactericidas equivalentes a calentar cada partícula de leche a 72 °C durante 15 segundos (pasteurización en flujo continuo) o a 63 °C durante 30 minutos (pasteurización discontinua). ” y que "Para garantizar que cada partícula se caliente lo suficiente, el flujo de leche en los intercambiadores de calor debe ser turbulento, es decir . el número de Reynolds debe ser suficientemente alto". El punto sobre el flujo turbulento es importante porque los estudios de laboratorio simplistas de inactivación por calor que utilizan tubos de ensayo, sin flujo, tendrán menos inactivación bacteriana que los experimentos a mayor escala que buscan replicar las condiciones de pasteurización comercial. [49]
Como precaución, los procesos modernos de pasteurización HTST deben diseñarse con restricción de caudal y válvulas de desvío que garanticen que la leche se caliente de manera uniforme y que ninguna parte de la leche esté sujeta a un tiempo más corto o a una temperatura más baja. Es común que las temperaturas superen los 72 °C por 1,5 °C o 2 °C. [49]
La pasteurización no es esterilización y no mata las esporas. La pasteurización "doble", que implica un proceso de calentamiento secundario, puede prolongar la vida útil al matar las esporas que han germinado. [50]
La aceptación de la doble pasteurización varía según la jurisdicción. En los lugares donde está permitido, la leche se pasteuriza inicialmente cuando se recoge de la granja para que no se eche a perder antes de procesarla. Muchos países prohíben el etiquetado de este tipo de leche como "pasteurizada", pero permiten que se marque como "termizada", lo que se refiere a un proceso a menor temperatura. [51]
Debido a su suave tratamiento térmico, la pasteurización aumenta la vida útil en unos pocos días o semanas. [1] Sin embargo, este calor suave también significa que solo hay cambios menores en las vitaminas termolábiles en los alimentos. [4]
Según una revisión sistemática y un metanálisis, [52] se encontró que la pasteurización parecía reducir las concentraciones de vitaminas B12 y E , pero también aumentaba las concentraciones de vitamina A. Sin embargo, en la revisión, solo hubo investigaciones limitadas sobre cuánto afecta la pasteurización a los niveles de A, B12 y E. [52] La leche no se considera una fuente importante de vitaminas B12 o E en la dieta norteamericana, por lo que los efectos de la pasteurización en la ingesta diaria de estas vitaminas en los adultos son insignificantes. [53] [54] Sin embargo, la leche se considera una fuente importante de vitamina A, [55] y debido a que la pasteurización parece aumentar las concentraciones de vitamina A en la leche, el efecto del tratamiento térmico de la leche sobre esta vitamina no es un problema importante de salud pública. . [52] Los resultados de los metanálisis revelan que la pasteurización de la leche conduce a una disminución significativa de la vitamina C y el folato , pero la leche tampoco es una fuente importante de estas vitaminas. [55] [54] Se encontró una disminución significativa en las concentraciones de vitamina B2 después de la pasteurización. La vitamina B2 se encuentra normalmente en la leche bovina en concentraciones de 1,83 mg/litro. Debido a que la ingesta diaria recomendada para adultos es de 1,1 mg/día, [53] el consumo de leche contribuye en gran medida a la ingesta diaria recomendada de esta vitamina. Con excepción de la B2, la pasteurización no parece ser una preocupación por disminuir el valor nutritivo de la leche porque la leche a menudo no es una fuente primaria de estas vitaminas estudiadas en la dieta norteamericana.
La pasteurización también tiene un efecto pequeño pero mensurable sobre los atributos sensoriales de los alimentos que se procesan. [1] En los jugos de frutas, la pasteurización puede resultar en la pérdida de compuestos aromáticos volátiles. [4] Los productos de jugo de frutas se someten a un proceso de desaireación antes de la pasteurización que puede ser responsable de esta pérdida. La desaireación también minimiza la pérdida de nutrientes como la vitamina C y el caroteno . [1] Para evitar la disminución de la calidad resultante de la pérdida de compuestos volátiles, la recuperación de volátiles, aunque costosa, se puede utilizar para producir productos de jugo de mayor calidad. [4]
En lo que respecta al color, el proceso de pasteurización no tiene mucho efecto sobre pigmentos como clorofilas , antocianinas y carotenoides en tejidos vegetales y animales. En los zumos de frutas, la polifenol oxidasa (PPO) es la principal enzima responsable de provocar el pardeamiento y los cambios de color. Sin embargo, esta enzima se desactiva en la etapa de desaireación antes de la pasteurización con eliminación de oxígeno. [4]
En la leche, la diferencia de color entre la leche pasteurizada y la cruda está relacionada con el paso de homogeneización que tiene lugar antes de la pasteurización. Antes de la pasteurización, la leche se homogeneiza para emulsionar sus componentes grasos y solubles en agua, lo que da como resultado que la leche pasteurizada tenga una apariencia más blanca en comparación con la leche cruda. [1] En el caso de los productos vegetales, la degradación del color depende de las condiciones de temperatura y de la duración del calentamiento. [56]
La pasteurización puede provocar cierta pérdida de textura como resultado de transformaciones enzimáticas y no enzimáticas en la estructura de la pectina si, como resultado, las temperaturas de procesamiento son demasiado altas. Sin embargo, con la pasteurización por tratamiento térmico suave, el ablandamiento del tejido de las verduras que causa la pérdida de textura no es motivo de preocupación siempre que la temperatura no supere los 80 °C (176 °F). [56]
"Pasteurizar" en sentido amplio se refiere a cualquier método que reduzca los microbios en una cantidad ( reducción logarítmica ) equivalente al proceso de Pasteur. Se han desarrollado nuevos procesos, térmicos y no térmicos, para pasteurizar alimentos como una forma de reducir los efectos sobre las características nutricionales y sensoriales de los alimentos y prevenir la degradación de los nutrientes termolábiles. Pascalización o procesamiento de alta presión (HPP), [1] [57] [58] campo eléctrico pulsado (PEF), [1] [57] [58] radiación ionizante , homogeneización a alta presión, descontaminación UV, luz pulsada de alta intensidad, alta láser de intensidad, luz blanca pulsada, ultrasonido de alta potencia, campos magnéticos oscilantes, descarga de arco de alto voltaje y plasma serpentina [57] [58] son ejemplos de estos métodos de pasteurización no térmica que se utilizan actualmente comercialmente.
El calentamiento volumétrico por microondas (MVH) es la tecnología de pasteurización más nueva disponible. Utiliza microondas para calentar líquidos, suspensiones o semisólidos en un flujo continuo. Debido a que MVH suministra energía de manera uniforme y profunda a todo el cuerpo de un producto fluido, permite un calentamiento más suave y breve, de modo que se conservan casi todas las sustancias sensibles al calor de la leche. [59]
[…] el sake se pasteuriza y es interesante observar que una técnica de pasteurización se mencionó por primera vez en 1568 en el _Tamonin-nikki_, el diario de un monje budista, lo que indica que se practicaba en Japón unos 300 años antes que Pasteur. En China, el primer país del este de Asia en desarrollar una forma de pasteurización, se dice que el registro más antiguo del proceso data de 1117.
Nicolas Appert en 1810 fue probablemente la primera persona […]
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