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Desarrollan biosensores para alimentos libres de microorganismos


Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 14 de diciembre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Científicos del Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos (DCTA), de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN), desarrollan biosensores que inactivarán microorganismos dañinos en alimentos, además de que permitirán el monitoreo y control de las temperaturas durante su proceso, para conservar y garantizar al máximo su calidad nutrimental.

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Los biosensores aplicados a los procesos térmicos en alimentos son dispositivos sencillos y de bajo costo que presentan una dependencia al tiempo y temperatura e indican un cambio irreversible. Además tienen la capacidad de inactivar los microorganismos o enzimas indeseables en los alimentos, lo que permite evaluar un proceso alimenticio sin emplear contaminantes.

Indicadores de tiempo-temperatura

Los procesos térmicos en los alimentos se basan en la aplicación de calor durante un tiempo determinado para la destrucción de los microorganismos patógenos que puedan existir en el producto, y prevenir el desarrollo de aquellos que puedan causar un deterioro en el mismo.

El monitoreo y control de las temperaturas de almacenamiento y proceso de los alimentos es imprescindible, debido a que un proceso con exceso de calor puede reducir la calidad del producto y sus propiedades nutrimentales, aunque asegure su inocuidad, es decir, que el alimento no dañará la salud del consumidor.

Los procesos térmicos en alimentos o la elaboración de alimentos requieren suficiente calor para desactivar el desarrollo de microorganismos y, de manera paralela a este proceso, se llevan a cabo cambios en características nutricionales y sensoriales de los alimentos.

“La optimización de las operaciones en el procesamiento de alimentos se enfoca en alcanzar el objetivo del proceso térmico, que es pasteurizar o esterilizar, mientras se minimiza el daño a los nutrimentos y componentes sensoriales. Esto se logra mediante el mejor control de los tiempos de calentamiento y la optimización de sus perfiles”, explicó el doctor Armando Robledo Olivo, profesor investigador del Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos y candidato del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

1 BiosensoresLos biosensores aplicados a los procesos térmicos en alimentos también son conocidos como integradores o indicadores tiempo-temperatura (TTI, por sus siglas en inglés), son dispositivos sencillos y de bajo costo que presentan una dependencia al tiempo y temperatura e indican un cambio irreversible. Además tienen la capacidad de inactivar los microorganismos o enzimas indeseables en los alimentos, lo que permite evaluar un proceso alimenticio sin emplear contaminantes.

“Este tipo de sensores tiene un uso muy relevante, porque nos pueden dar una idea de qué está pasando con el alimento durante los procesos térmicos. Es muy importante el diseño de nuevos alimentos con algunos aditamentos que puedan prevenir o dar mayor información sobre el producto dentro de la industria del alimento”, comentó el doctor Mario Alberto Cruz Hernández, jefe del Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos de la UAAAN.

Pasteurización y esterilización

De acuerdo con los investigadores, el diseño de los procesos térmicos de pasteurización y esterilización requiere un extenso entendimiento de los métodos del proceso, del calentamiento del producto y el impacto en el deterioro de los alimentos atribuible a un patógeno, un organismo resistente al calor o una enzima que pueda afectar la calidad de los alimentos.

“La importancia de los integradores tiempo-temperatura o biosensores es que se puede realizar una evaluación en el lugar, tanto del contenido microbiano como del contenido vitamínico, utilizando modelos matemáticos mediante la función del integrador tiempo-temperatura”, señaló el doctor Robledo Olivo.

Además, de manera alternativa, el proceso térmico puede ser evaluado con el uso de estos integradores o biosensores como un indicador de la seguridad y la calidad de los procesos en alimentos.

Enzimas encapsuladas 

El científico Robledo Olivo indicó que la innovación en estos biosensores recae en el uso de enzimas provenientes de microorganismos termófilos o termotolerantes en este tipo de compuestos. Estas enzimas tienen la capacidad de poder evaluar tiempos largos e incluso temperaturas elevadas en la esterilización.

Los biosensores o integradores tiempo-temperatura se componen de dos materiales principales. El contenedor que es un material polimérico, plástico; y el contenido, que en este caso son enzimas. En estos sensores se encapsula la enzima dentro del contenedor, su tamaño y forma deben simular algún alimento, ya sea de forma esférica, como son los chícharos, o de forma cilíndrica semejante a los frijoles, pueden ser cuadros simulando carne cortada, etcétera.

“Un punto frío es el lugar donde no se aplica el calor para llevar a cabo la pasteurización o esterilización en cuanto a su tiempo y temperatura. Estos biosensores los colocamos dentro del proceso de pasteurización, ya sea en una lata o dentro de un contenedor para comida precocida, y estos dispositivos nos van a permitir encontrar algunos puntos fríos dentro de la lata o dentro del proceso del alimento”, detalló el doctor Robledo Olivo.

Los biosensores se basan principalmente en la cuantificación de la actividad enzimática o la entalpía residual antes del tratamiento y después del tratamiento. Se hace una comparación completa antes de iniciar el proceso para observar qué porcentaje se pierde durante el proceso, esto se correlaciona con los modelos matemáticos y permite interpretar si hay o no inactivación de un microorganismo.

“Se ha evaluado el uso de diversas enzimas para ser aplicadas como biosensores. Con estas enzimas estudiamos los tiempos de inactivación enzimática en diversos procesos térmicos, principalmente en procesos de pasteurización, utilizando calentamiento convencional, la aplicación directa de calor y aplicamos tecnologías alternativas como pulsos eléctricos moderados, mejor conocido como procesamiento óhmico”, puntualizó Robledo Olivo.

Actualmente, en el DCTA desarrollan la investigación en jugos de granada y de frambuesa para evaluar la inactivación de compuestos nutricionales.

Vinculación con la industria

Dentro del proyecto, los científicos del DCTA contemplan fortalecer la aplicación de los biosensores aplicando tecnologías alternativas que se perfilan a reemplazar diversos métodos convencionales.

“Más adelante quisiéramos entrar de lleno a las tecnologías alternativas, aplicando estos biosensores o conjugando estos biosensores con la aplicación de los pulsos eléctricos moderados u otras tecnologías, para ver sus posibles efectos y tener los modelos matemáticos que predigan la utilización de estas tecnologías”, indicó el doctor Robledo Olivo.

1 Dr. Armando Robledo Olivo1416Dr. Armando Robledo Olivo.Otra vertiente que puede tomar la investigación a futuro es el uso de polímeros que permitan una mejor conducción de calor para la optimización del proceso térmico.

“Desarrollaremos algunas combinaciones de polietileno o polipropileno principalmente, tal vez con algunos compuestos biodegradables como el almidón o el quitosano con características que nos permitan tener otras cualidades para una mejor conducción de calor, más rápida y que ayude a estimular los procesos térmicos en alimentos”, agregó Robledo Olivo.

En el mediano y largo plazo, los especialistas del DCTA contemplan la vinculación de este trabajo con productores de la región y el sector industrial a través de diversos proyectos.

“La visión del departamento y el deber ser de la universidad siempre ha sido tratar de vincularnos con las empresas y, principalmente, con productores de servicios básicos de alimentos. Entonces, la mayoría de los proyectos que se desarrollan en el departamento van enfocados en una vinculación”, señaló el doctor Cruz Hernández.

Los científicos buscarán sentar las bases a nivel laboratorio y, posteriormente, aplicarlas a nivel industrial. Dentro de los productos esperados en este proyecto, destacan la formación de recursos humanos altamente especializados, principalmente a nivel licenciatura.

“Estamos iniciando esta línea de investigación, se están sumando cada vez más tesistas con el interés de desarrollar este tipo de tecnologías y también tenemos contacto con empresas del ramo de los jugos para una posible aplicación de estos biosensores. Estamos abiertos a más participaciones con instituciones o empresas”, añadió Robledo Olivo.

Para finalizar, el doctor Cruz Hernández aseveró que esta investigación cuenta con gran potencial de aplicación en diversas áreas, principalmente en el sector alimentario.

“El futuro del proyecto, en lo que hemos visto hasta ahora, tiene gran relevancia en el desarrollo de nuevos productos y nuevos procesos, porque habrá necesidad de trabajar sobre la evaluación de estos productos o procesos y ver cómo funciona el biosensor. Van a salir diferentes aplicaciones, ahora estamos iniciando con estas, pero buscaremos más”.

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Dr. Armando Robledo Olivo
Profesor investigador del Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos, UAAAN
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Dr. Mario Alberto Cruz Hernández
Jefe del Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos, UAAAN
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