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 

GENERACION DE ENERGIA RADIANTE: RAYOS ALFA Y GAMMA

92

Protones

90

146

Neutrones

144

92

Electrones

90

Uranio238

Torio234

91

Protones

82

143

Neutrones

124

91

Electrones

82

Protactinio234

Plomo206

FISION NUCLEAR Libera neutrones que inician otras fisiones

PODER DE PENETRACION

Lead: plomo

Radiación emite en todas direcciones y rebota en superficies. El escudo protector varía con el tipo de radiación.

α

[Alfa]

β

Piel, papel, 1 a 4 pulg.de aire

Menos de ¼ pulg. metal, vidrio, concreto, 1 a 18 pies de aire

[Beta]

γn [Gamma o Neutron]

2 a 12 pulg.plomo, 3 a 18 pulg.acero, 1 a 6 pies de concreto

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+ + ee- + H2O  H2OH2O+ H+ + OH* H2O-  H* + OHLos 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 radioactiva del cobalto 60

de

la

desintegración

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 efuera 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 membrana celular de microorganismos y afectan actividades enzimáticas metabólicas.

la los sus y

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 pequeña de energía puede cumplir el objetivo

cantidad

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

destruye las esporas de C. Botulinum en la misma proporción que las esterilizaciones térmicas (1012 a 100 /ml) puede reducir la calidad de los alimentos, por eso es preferible hacerla a T muy baja (-30 C°) y en ausencia de oxígeno. 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 normalizados La 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 de transformación 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

Unidad antigua Unidad SI

Dosis absorbida

Dosis biológica efectiva

Curie

Rad

Rem

Becquerel

Gray

Sievert

Intensidad

Roentgen ...

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

destrucción de microorganismos

función

dosis de radiación

N/No = exp (-k. dosis)

No = número inicial de microorganismos N = número de microorganismos que sobreviven K = constante

permite definir una dosis de reducción decimal característica de la especie microbiana. 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

0.70 kGy

Cuanto más pequeño y rudimentario es un microorganismo, mayor es la dosis de radiación necesaria para destruirlo.

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.

Luz ultravioleta es agente bactericida

al ser absorbida por las proteínas y ácidos nucléicos determina cambios fotoquímicos conducentes a la muerte celular

longitud de onda de máximo efecto germicida = 260 nm

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. 137 55Cs

27Co

60





137 56Ba

28Ni

60

+ e- + 

+ e- + 

tiempo de semitransformación = 33 años tiempo de semitransformación = 5.3 años

Ventajas: producen rayos muy penetrantes emisiones de rayos  por desintegración del Co60 o Cs137 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.

Irradiación de alimentos

pérdidas en componentes liposolubles y ácidos grasos esenciales

degradación de pectinas y aroma a rancio por tanto de la textura de frutas y legumbres. pérdida de vitaminas

algunas 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 este tratamiento 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 y Salmonella 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, como Trichinella 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 alimentos

Los 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.

E. coli puede causar infecciones intestinales y extraintestinales generalmente severas, tales como infecciones del aparato excretor, meningitis, peritonitis, septicemia y neumonía. 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.

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.