El procesamiento aséptico es una técnica de procesamiento en la que los productos líquidos esterilizados térmicamente de forma comercial (normalmente alimentos o productos farmacéuticos ) se envasan en contenedores previamente esterilizados en condiciones estériles para producir productos estables en almacenamiento que no necesitan refrigeración. [1] El procesamiento aséptico ha sustituido casi por completo la esterilización en el interior de los contenedores de alimentos líquidos, [2] entre ellos la leche , los zumos y concentrados de frutas, la nata , el yogur , los aderezos para ensaladas , los huevos líquidos y las mezclas para helado. Los alimentos que contienen pequeñas partículas discretas, como el requesón , los alimentos para bebés , los productos a base de tomate , las frutas y verduras , las sopas y los postres de arroz, han ganado cada vez más popularidad . [1]
El procesamiento aséptico implica tres pasos principales: esterilización térmica del producto, esterilización del material de envasado y conservación de la esterilidad durante el envasado. [3] Para garantizar la esterilidad comercial, las instalaciones de procesamiento aséptico deben mantener la documentación adecuada de las operaciones de producción, que demuestre que se lograron y mantuvieron condiciones comercialmente estériles en todas las áreas de la instalación. [4] Cualquier incumplimiento de un proceso programado para el sistema de procesamiento o envasado significa que el producto afectado debe destruirse, reprocesarse o segregarse y conservarse para una evaluación adicional. [4] Además, el sistema de procesamiento y envasado debe limpiarse y esterilizarse nuevamente antes de que se puedan reanudar las operaciones de procesamiento y/o envasado. El equipo de envasado y los materiales de envasado se esterilizan con varios medios o combinaciones de los mismos (es decir, vapor saturado , vapor sobrecalentado, peróxido de hidrógeno y calor y otros tratamientos). [4]
El procesamiento aséptico se derivó de la máquina de llenado por calor, enfriamiento y llenado (HCF) de Olin Ball , desarrollada en 1927. [5] Si bien la HCF logró mejorar la calidad sensorial de la leche con chocolate procesada en comparación con el producto enlatado , el uso del equipo se vio obstaculizado por su costo, mantenimiento e inflexibilidad para procesar varios tamaños de envases, lo que convirtió a la máquina en un fracaso. [6]
En la década de 1940, George Grindrod desarrolló el proceso Avoset. Los productos alimenticios procesados mediante el proceso Avoset se envasaban bajo lámparas ultravioleta y aire esterilizado dentro de una sala con presión positiva para mantener los contaminantes fuera de la sala de procesamiento. La esterilización se lograba mediante el uso de inyección directa de vapor a 126–137 °C (260–280 °F) y luego se enfriaba. El alimento tratado con esta técnica se describía como un "excelente producto cremoso" y se producían entre 75 y 100 envases por minuto. [6]
Más tarde, en la década de 1940, McKinley Martin desarrolló el proceso aséptico Dole. [5] Los alimentos procesados variaban desde sopas hasta salsas especiales, frutas y productos lácteos. [6] Este proceso implicaba cuatro pasos: [5] [6]
La máquina aséptica Dole superó los obstáculos que causaron el fracaso de HCF, ya que podía procesar varios tamaños de envases, necesitaba menos tiempo de mantenimiento y costaba menos. La calidad de los productos procesados fue constante independientemente del tamaño del envase, una característica importante para los alimentos sensibles al calor, debido a su corto tiempo de procesamiento. La sopa de guisantes partidos se trató utilizando la máquina aséptica Dole en la siguiente dosis: tiempo de calentamiento de 140–146 °C (280–290 °F) durante 3,53 segundos, tiempo de mantenimiento de 8,8 segundos y enfriamiento a 32 °C (90 °F) en 14,0–17,0 segundos, en comparación con el tiempo de procesamiento normal de 40–70 minutos a 115–121 °C (240–250 °F). La falta de interés de los consumidores provocó que se descontinuaran los alimentos que se procesaban en la máquina aséptica Dole. [6]
Roy Graves comenzó a esterilizar la leche en la década de 1940. La leche extraída de la vaca pasaba por una tubería hasta un tanque de vacío, donde luego se calentaba a 135 °C y luego se enfriaba a temperatura ambiente. El producto, envasado en latas de metal, fue ampliamente aceptado por los consumidores que no tenían acceso a leche fresca, incluido el ejército estadounidense . [7]
En 1959, la industria alimentaria vio la llegada del uso de contenedores laminados de papel, plástico y papel de aluminio llamados tetraedros. En 1962, la empresa sueca Tetra Pak introdujo este contenedor en el mercado de los Estados Unidos. Vendían leche y bebidas pasteurizadas en los contenedores. La empresa de Roy Graves comenzó a esterilizar este contenedor con cloro y logró llenarlo asépticamente y sellarlo herméticamente . El uso de estos contenedores no fue aceptado por los consumidores estadounidenses debido a su dificultad para abrirlos. Fue ampliamente utilizado por la Marina de los EE. UU . [7]
En 1981, la FDA aprobó el uso del peróxido de hidrógeno para esterilizar contenedores. [5]
En la actualidad, los barcos que se utilizan para el transporte continental de alimentos están equipados con tanques asépticos para transportar jugos de frutas. Otro medio para transportar alimentos procesados asépticamente es el uso de bolsas asépticas. [5]
El procesamiento aséptico permite esterilizar adecuadamente los alimentos fuera del recipiente y luego colocarlos en un recipiente previamente esterilizado, que luego se sella en un entorno estéril. [1] La mayoría de los sistemas utilizan la esterilización a temperatura ultraalta (UHT) para esterilizar el producto alimenticio antes de envasarlo. La UHT esteriliza los alimentos a altas temperaturas, generalmente superiores a 135 °C durante 1 o 2 segundos. Esto es ventajoso porque permite un procesamiento más rápido, generalmente unos pocos segundos a altas temperaturas (130–150 °C) y una mejor retención de las características sensoriales y nutricionales. [1] Los productos asépticos tienen una vida útil sin refrigeración de unos pocos meses a varios años.
La esterilización de los envases asépticos es un paso crucial en el procesamiento aséptico de alimentos. Estos envases se esterilizan para matar los microorganismos presentes en el envase durante la formación y el transporte y antes del llenado. [8] Existen numerosos métodos utilizados para esterilizar los envases, los métodos más utilizados incluyen: calor, agua caliente, esterilizantes químicos ( peróxido de hidrógeno o ácido peracético ) y radiación o una combinación de métodos. [7] [8]
Los productos alimenticios UHT se pueden esterilizar utilizando métodos directos o indirectos de transferencia de calor. La transferencia de calor directa se puede lograr a través de la inyección de vapor y la infusión de vapor . Los productos alimenticios procesados con un inyector de vapor pasan por una cámara de inyección, donde se inyecta vapor (150 °C) en el producto, luego el producto se enfría instantáneamente a 70 °C. La transferencia de calor directa es adecuada para alimentos sensibles al calor como la leche. Sin embargo, solo los líquidos de baja viscosidad se pueden procesar mediante inyección de vapor, y se requiere vapor de alta calidad para garantizar la esterilización. [1] Los productos alimenticios infundidos con vapor implican la caída libre de los alimentos en vapor altamente presurizado que calienta el alimento a aproximadamente 145 °C y luego se enfría instantáneamente a 65-70 °C. La infusión de vapor proporciona a los procesadores un gran control en comparación con la inyección de vapor y se reducen los riesgos de quemaduras y sobrecalentamiento. Puede procesar alimentos de mayor viscosidad en comparación con la inyección de vapor, pero corre el riesgo de bloquear las boquillas en la maquinaria. [1] Las formas indirectas de transferencia de calor incluyen: intercambiadores de calor de placas , intercambiadores de calor tubulares o intercambiadores de calor de superficie raspada. [7] Los intercambiadores de calor de placas se utilizan principalmente porque son económicos y permiten cambios fáciles durante la producción. Los intercambiadores de calor tubulares y de superficie raspada pueden calentar alimentos viscosos con partículas o alto contenido de pulpa con un daño mínimo. [1]
Los equipos utilizados en el procesamiento aséptico de alimentos y bebidas deben esterilizarse antes del procesamiento y permanecer estériles durante el mismo. [1] Al diseñar equipos de procesamiento aséptico, hay seis requisitos básicos a tener en cuenta: el equipo debe tener la capacidad de limpiarse a fondo, debe poder esterilizarse con vapor, productos químicos o agua a alta temperatura, los medios de esterilización deben poder entrar en contacto con todas las superficies del equipo, es decir, el equipo no debe contener grietas, hendiduras o puntos muertos, el equipo debe poder mantenerse en estado estéril, debe tener la capacidad de usarse de forma continua y, por último, el equipo debe cumplir con las regulaciones. [7]
Los envases asépticos generalmente se clasifican en las siguientes categorías: [9] llenado, erecto, formado, termoformado , moldeado por soplado y sistemas de envasado y almacenamiento a granel. [3]
El envasado aséptico consiste en llenar y sellar un material de envasado esterilizado con un producto esterilizado. El material de envasado aséptico no solo tiene que garantizar condiciones estériles dentro del paquete y proteger el producto de daños físicos, sino que también mantiene la calidad del producto dentro del envase. [8] Para lograr esto, se forma un material laminado a partir de los siguientes componentes: papel semirrígido, aluminio y plástico. [3] El papel (70%) proporciona la rigidez, la resistencia y la forma de ladrillo eficiente al paquete; es necesario abordar el potencial de bacterias. [10] El polietileno de baja densidad (24%), el plástico más común utilizado para el envasado aséptico, ubicado en la capa más interna forma los sellos que hacen que el paquete sea hermético a los líquidos. El aluminio (6%) se encuentra en el interior del paquete aséptico, formando una barrera contra la luz y el oxígeno, eliminando así la necesidad de refrigeración y evitando el deterioro sin usar conservantes. [11] La mayoría del material de envasado utilizado en el envasado aséptico está hecho de plásticos en lugar de recipientes de metal o vidrio debido al costo relativamente bajo de producir material plástico en comparación con el metal y el vidrio. Los plásticos son más livianos que el metal o el vidrio, lo que los hace más económicos y fáciles de transportar. Además, requieren mucha menos energía para producirse que el metal y el vidrio. [3] Estos factores han hecho que el plástico sea el material de envasado preferido para su uso en el procesamiento aséptico.
Existen muchos factores que pueden influir en el tipo de envase aséptico elegido para un producto. Los siguientes factores pueden influir en la elección del material de envasado para productos procesados asépticamente: propiedades funcionales del polímero plástico (propiedades de barrera de gas y vapor de agua, inercia química y absorción o eliminación de olores y sabores ), interacciones potenciales entre el polímero plástico y el producto alimenticio, vida útil deseada, costos económicos, características mecánicas del material de envasado (propiedades de moldeo, características de manipulación del material y compatibilidad con métodos de envasado y esterilización), condiciones de envío y manipulación (dureza, compresión), cumplimiento de la normativa y grupo de consumidores objetivo. [12]
Hay una variedad de diferentes tipos de contenedores para elegir según el producto. La siguiente tabla ofrece algunos tipos de contenedores y ejemplos. [3]
El procesamiento aséptico preserva la calidad de los alimentos mediante un tratamiento térmico rápido seguido de un breve tiempo de retención y un enfriamiento rápido. [1] En comparación con el enlatado , donde los productos alimenticios se someten a un procesamiento a alta temperatura, el tratamiento térmico rápido que proporciona el procesamiento aséptico permite conservar mejor las características sensibles al calor de los alimentos. [1]
El sabor de los productos alimenticios procesados asépticamente se modifica mínimamente. [1] Los productos lácteos pueden tener un sabor a cocido debido a la exposición a grupos sulfhidrilo . El sabor se reduce durante el almacenamiento a medida que los grupos sulfhidrilo se oxidan . La leche tratada severamente puede tener un sabor amargo debido a la proteólisis . [1]
Los productos lácteos pueden presentar cambios de color, efecto provocado por el pardeamiento de Maillard . Esto depende de la cantidad de azúcar reductor, la formación de piralisinas y melanoidinas , la severidad del tratamiento y la temperatura de almacenamiento. [1]
Los pigmentos vegetales, caroteno y betanina , no se ven afectados, mientras que la clorofila y las antocianinas se reducen mínimamente. [1]
La carne tiene menos probabilidades de endurecerse cuando se procesa asépticamente, en comparación con los productos enlatados . [1]
La viscosidad del jugo de fruta no se ve afectada. Los trozos de fruta y verdura procesados y cortados son más blandos en comparación con los trozos sin procesar como resultado de la solubilización de los materiales pécticos y la pérdida de turgencia celular. [1]
El procesamiento aséptico logra la esterilidad a través de un proceso de calentamiento instantáneo con temperaturas que varían de 91 °C a 146 °C y se procesa mínimamente. Debido al tiempo de procesamiento significativamente menor y al rango de temperatura utilizado en el procesamiento aséptico en comparación con la esterilización convencional, como el enlatado, los productos que se procesan asépticamente pueden retener más nutrientes. [13] La riboflavina , el ácido pantoténico , la biotina , la niacina y la vitamina B6 no se ven afectados. Aproximadamente el 10% de la tiamina y la vitamina B12 , aproximadamente el 15% del ácido fólico y la piridoxina , y aproximadamente el 25% de la vitamina C se pierden durante el procesamiento aséptico. [1]
Los alimentos procesados asépticamente tienen una mejor retención de nutrientes, vitaminas y pigmentos naturales ( clorofila , antocianinas , betalaínas , carotenoides ) en comparación con los productos alimenticios enlatados debido a la menor temperatura a la que se someten los alimentos durante el procesamiento. [1] El procesamiento aséptico proporciona flexibilidad en el uso de varios tamaños de contenedores, así como la posibilidad de agregar componentes bioactivos y sensibles al calor después del procesamiento ( probióticos , ácidos grasos omega-3 , ácidos linoleicos conjugados ). [1]
El procesamiento aséptico cuesta más que el enlatado porque la esterilización de los materiales de envasado requiere maquinaria diferente y puede resultar compleja. [1] Además, mantener la esterilidad del aire en la sala de procesamiento es difícil. [1]
Las inspecciones del procesamiento aséptico son una de las inspecciones más complejas de las operaciones de fabricación de alimentos. Las autoridades de procesos deben establecer un proceso que garantice la esterilidad comercial de lo siguiente:
La instalación debe mantener documentación de las operaciones de producción que demuestre el logro de condiciones comerciales estériles en todas las áreas de la instalación. [4]
Los requisitos reglamentarios generales para todos los alimentos regulados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) se encuentran en la sección 21 del Código de Reglamentos Federales (CFR) de los Estados Unidos, Parte 117. La sección 113.40 enumera los requisitos específicos para los sistemas de procesamiento y envasado asépticos, incluidas las especificaciones para los equipos y la instrumentación. Un requisito de las regulaciones de la FDA es que todas las operaciones de procesamiento térmico deben realizarse bajo la supervisión operativa de una persona que haya completado un curso de instrucción aprobado por la FDA sobre el control de los sistemas de procesamiento térmico, los cierres de los contenedores y los procedimientos de acidificación. La Better Process Control School ofrece una sección sobre sistemas de procesamiento y envasado asépticos y cumplirá con el requisito de la FDA para los supervisores de operaciones asépticas. [14]
Las autoridades de procesamiento son responsables de los sistemas asépticos y deben conocer ciertos factores exclusivos de las operaciones de procesamiento y envasado asépticos, por lo que es esencial tener conocimientos específicos en esta área. Ni la FDA ni ninguna otra agencia reguladora mantienen una lista de autoridades de procesamiento reconocidas; sin embargo, ciertas organizaciones son ampliamente reconocidas dentro de las agencias gubernamentales y la industria por tener la experiencia y los conocimientos necesarios. Las regulaciones de la FDA dependen de las autoridades de procesamiento y envasado asépticos para establecer parámetros para la esterilización de productos, paquetes y equipos de modo que se asegure la esterilidad comercial del producto final. [14]
Los formularios que se utilizan actualmente para presentar los procesos asépticos para alimentos de baja acidez ante la FDA son el Formulario 2541c. Los procesos para alimentos acidificados que se procesan y envasan de forma aséptica se presentan bajo el Formulario 2541a. Además, las plantas de procesamiento deben estar registradas ante la FDA utilizando el Formulario 2541. La FDA también ha desarrollado un Sistema de llenado electrónico de procesos para alimentos enlatados de baja acidez (LACF) que facilita la cumplimentación y presentación de los formularios. [14]
La FDA ejerce autoridad sobre los tipos de sistemas de procesamiento y envasado asépticos que se pueden utilizar para producir alimentos para su distribución en el comercio estadounidense mediante la revisión y aceptación o rechazo de los formularios de presentación de solicitudes de procesamiento de empresas procesadoras individuales. La FDA puede solicitar información técnica suficiente al procesador para evaluar la idoneidad del equipo y los procedimientos utilizados para producir un producto comercialmente estéril. Hasta que la FDA no encuentre más objeciones a la presentación de solicitudes de procesamiento, la empresa no podrá distribuir el producto producido en ese sistema en el comercio interestatal. [14]
Los productos asépticos finales deben someterse a una prueba de incubación antes de que se liberen para su distribución. La empresa debe determinar el tiempo y la temperatura de incubación, así como la cantidad de contenedores que se incubarán. [14] En general, se acepta incubar a 20–25 °C durante un mínimo de 7 días, seguido inmediatamente, o después de una primera lectura, de una incubación a 30–35 °C durante un tiempo mínimo total de incubación de 14 días. Otros programas de incubación deben basarse en datos de validación de respaldo. Es importante señalar que antes de la incubación, los contenedores con el medio de crecimiento microbiano deben invertirse para garantizar que todas las superficies estén completamente humedecidas por el medio. [15]
La FDA recurre a inspecciones periódicas de las plantas de procesamiento para supervisar el cumplimiento de sus requisitos reglamentarios. La frecuencia de las inspecciones de una planta individual puede variar significativamente en función de los productos envasados, la aparición de posibles problemas de procesamiento peligrosos en la planta y la disponibilidad de personal de inspección de la FDA. [14]
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