Pasteurización de homogeneizados vegetales viscosos mediante calentamiento dieléctrico por radiofrecuencias

La tecnología alimentaria actual tiene por objetivo aplicar tratamientos de conservación cada vez más eficaces y sostenibles que aseguren la calidad de los productos elaborados con el mínimo deterioro sensorial y nutricional posible. Ello supone un verdadero reto, ya que muchos alimentos refrigerados que se venden “como frescos”, paradójicamente, necesitan ser estabilizados con calor para que puedan alcanzar una vida comercial adecuada.

Una de las tecnologías objeto de estudio es el calentamiento dieléctrico, que transforma la energía de las ondas electromagnéticas no ionizantes en calor al aplicarse a materiales denominados “dieléctricos” que conducen muy mal la electricidad, como pueden ser los alimentos. Un equipo de calentamiento dieléctrico funciona de un modo diferente a un intercambiador de calor convencional de tubos o placas, donde el calentamiento del alimento se realiza por contacto con una superficie caliente y después el calor se transfiere por conducción al interior del alimento.

En el calentamiento dieléctrico, la energía se transmite a través de un magnetrón o un electrodo, dependiendo de la tecnología empleada, que emite ondas electromagnéticas capaces de mover el agua y otros componentes dieléctricos del alimento, que friccionan entre sí y calientan el medio. De este modo, el calentamiento se produce en gran medida en el interior del producto, por lo que es más homogéneo. Por esta razón, el calentamiento dieléctrico es particularmente adecuado para tratar alimentos sólidos, líquidos particulados y fluidos de alta viscosidad, ya que mejoran la velocidad de transferencia de calor respecto a las tecnologías térmicas convencionales. 

Actualmente, se dispone de dos tecnologías basadas en calentamiento dieléctrico, las microondas y las radiofrecuencias. Los hornos microondas ya están presentes en la mayor parte de los hogares, aunque su implantación industrial continua en desarrollo. Se han evaluado algunos sistemas de microondas de flujo continuo para intentar mejorar la distribución del calor en purés vegetales viscosos, aunque continúa siendo un problema.

En cambio, los equipos de radiofrecuencias apenas se han implementado en la industria alimentaria. Las radiofrecuencias trabajan a menor frecuencia (27.12 MHz) que las microondas (915-2450 MHz), lo que permite que la energía penetre mejor en el interior del alimento. La velocidad de calentamiento por radiofrecuencias es de 20 a 40 veces más rápida que en el calentamiento convencional, por lo que es importante ajustar las condiciones del tratamiento para evitar un excesivo daño térmico del alimento. Una ventaja de las radiofrecuencias es que la transferencia de energía desde la fuente de energía al producto es más eficiente y con menores pérdidas. También se reduce el depósito de incrustaciones en las paredes de los intercambiadores convencionales, un problema que disminuye su eficiencia y que requiere de grandes cantidades de agua y agentes de limpieza. Por último, los equipos de radiofrecuencias funcionan exclusivamente con electricidad, por lo que admiten el uso de energías renovables.

En 2019, un equipo de investigadores en tecnología alimentaria formado por miembros del Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA), la Universidad de Murcia (UM) y la Universitat Politècnica de València (UPV), acometió el proyecto de investigación RTI2018-098052-R-C32 'Caracterización, modelización y sostenibilidad medioambiental del procesado por radiofrecuencias de homogeneizados vegetales viscosos' (RFSUSVEG) financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación.

El alimento objeto de estudio fue el salmorejo, un homogenizado vegetal elaborado con tomate, pan, aceite y otros ingredientes, cuya industrialización ha aumentado en los últimos años. El salmorejo industrial se suele pasteurizar y envasar en brick o botella de PET y suele ser más líquido que el de la receta tradicional andaluza. Se pueden usar otras estrategias para su conservación (por ejemplo, acidificación, conservantes), aunque son poco efectivas. En todo caso, el salmorejo es un producto viscoso que circula con cierta dificultad por una línea de pasteurización comparado con el gazpacho, los smoothies o los zumos.

Se sabe que, a mayor viscosidad, el calentamiento por contacto de un fluido en movimiento es menos eficiente, lo que brindaba una excelente oportunidad para intentar mejorar el tratamiento térmico del salmorejo usando radiofrecuencias. La hipótesis inicial de trabajo fue que la pasteurización del salmorejo por radiofrecuencias podría ser más eficiente que utilizando un tratamiento convencional. En caso de estar en lo cierto, se planteaban dos escenarios: (i) ajustar a la baja la temperatura de pasteurización para intentar obtener un producto “como-más-fresco”; o (ii) alcanzar un mayor grado de inactivación microbiana y enzimática, para intentar obtener un producto más estable y duradero. Además, la huella ambiental del producto elaborado con ambas tecnologías también fue objeto de estudio y reflexión. 

El IRTA puso al servicio del proyecto su planta piloto localizada en Monells, Girona. La pasteurización convencional se realizó en un pasteurizador tubular de dos etapas (Inoxpa), mientras que la pasteurización por radiofrecuencias se realizó en un equipo 45 kW EVO (Cartigliano) con un precalentamiento en el mismo pasteurizador tubular, pero utilizando una única etapa ya que el equipo sólo permitía subir la temperatura en unos 40 ºC. La UM aportó sus conocimientos sobre este producto, diseñando una fórmula avanzada con menos pan y aceite, espesada con una crema de fibra dietética.

La UPV se encargó del escalado del proceso y de la evaluación ambiental del producto. Por nuestra experiencia previa en smoothies de fruta y verdura, sabíamos que la pasteurización flash proporciona un amplio margen de seguridad microbiológica en un producto ácido, aunque es menos eficiente para no inactivar algunas enzimas vegetales, como la polifenoloxidasa, peroxidasa y pectinmetilesterasa, responsables de los cambios de color, sabor y aspecto en estos productos.

Lo primero fue establecer la eficacia del tratamiento térmico para inactivar microorganismos y enzimas en un amplio rango de temperaturas de trabajo (de 70 a 100 ºC a intervalos de 5 ºC). Una vez superados los problemas derivados de la falta de homogeneidad de los tomates, lo que obligó a realizar un amplio muestreo en varias estaciones, vimos que, con independencia de que se usen radiofrecuencias o no, el tratamiento térmico en su conjunto (precalentamiento, pasteurización y envasado en caliente) proporciona resultados similares en cuanto a calidad sensorial e inactivación enzimática (Figuras 1 y 2).

Ello tiene cierta lógica, ya que el precalentamiento potencia la actividad de estas enzimas y la pasteurización sólo es una breve, aunque relevante, parte del tratamiento térmico aplicado al salmorejo. La enzima polifenoloxidasa resultó ser la más resistente al tratamiento térmico y las cinéticas de inactivación enzimática obtenidas obedecieron a los típicos modelos exponenciales de segundo grado. Sorprendentemente, el incremento de la temperatura de pasteurización no mejoró los resultados del tratamiento, ya que el tiempo de residencia en el pasteurizador fue de unos 5 segundos, en cambio, sí que aumentó la consistencia del producto, un aspecto no deseado, probablemente porque el calor favorece la gelificación de las pectinas del tomate.

Vida útil

También se estudió la vida comercial del producto pasteurizado a 80 ºC. Se comprobó que las enzimas que oxidan rápidamente el tomate se mantienen activas durante el primer mes en refrigeración, lo que, a largo plazo, favorece que el salmorejo pierda su color y sabor original, acortando su periodo de caducidad. Los salmorejos elaborados para el proyecto se mantuvieron almacenados en refrigeración durante cinco meses, un tiempo similar al periodo de caducidad declarado por las principales marcas comerciales. Gracias a su bajo pH, en torno a 4,5, y su alta viscosidad, el salmorejo no presentó riesgo microbiológico, ya que es improbable que los microorganismos patógenos y alterantes puedan proliferar en él.

Pese a no haber podido inactivar completamente algunas enzimas, el aspecto, el sabor y la textura fueron muy estables comparado con los smoothies de fruta y verdura. Sin embargo, disponer de un amplio periodo de comercialización conlleva algunos inconvenientes. Es una cuestión de tiempo que el sabor y, en menor medida, el color del salmorejo, se acaben alterando debido a la oxidación, mientras que, al ser un producto espeso, no clarifica en exceso, como ocurre en los zumos de fruta. El salmorejo refrigerado comenzó a presentar algunos signos de deterioro sensorial en el quinto mes (Figura 3). Además, las implicaciones nutricionales son cada vez más importantes en este tipo de alimentos, ya que a menudo se usan reclamos nutricionales (fuente de vitaminas, antioxidantes, etc.).

El salmorejo contiene vitaminas C y E, y es rico en antioxidantes polifenólicos, como el licopeno. Vimos que la mayor parte de la vitamina C del producto se degradaba en las primeras semanas de almacenamiento refrigerado (Figura 4), ya que el ácido ascórbico está directamente involucrado en la protección contra la oxidación en este tipo de emulsiones. En cambio, tanto la vitamina E, aportada sobre todo por el aceite de oliva, como los carotenoides del tomate, resultaron ser compuestos bastante estables (Figura 5), de modo que el salmorejo retuvo buena parte de estos nutrientes durante su vida comercial. 

Para estimar la huella ambiental se evaluaron una serie de categorías de impacto (cambio climático, escasez hídrica, eutrofización, etc.) teniendo en cuenta, no sólo el procesado del salmorejo, sino también la fabricación de envase y el tratamiento de los residuos orgánicos del proceso y del agua residual. Al comparar el salmorejo producido a escala industrial con tecnología convencional y con radiofrecuencias, se observaron pequeñas diferencias a favor de esta última, con valores hasta un 5% inferior según la categoría de impacto, excepto en la escasez hídrica que es un 15% inferior en el caso de radiofrecuencias (Figura 6).

Esto se debe a que los impactos causados por la fabricación del envase, el tratamiento del residuo orgánico en vertedero y el del agua residual son muy elevados, independientemente de la tecnología utilizada, por lo que, aunque el uso de radiofrecuencias reduce el consumo energético del calentamiento térmico al considerar todo el proceso, las consecuencias ambientales de esta mejora son muy pequeñas. No hay que olvidar que el tratamiento con radiofrecuencias representa solo una parte del tratamiento térmico total y que el precalentamiento del producto se realiza con intercambiadores convencionales que recuperan el calor del producto ya pasteurizado. No obstante, si tenemos en cuenta el consumo global de energía del procesado de alimentos, incluso estas pequeñas disminuciones contribuyen a una producción de alimentos más sostenible. 

La pasteurización flash es muy respetuosa con la calidad sensorial del salmorejo, lo cual fue un hallazgo positivo. Sin embargo, los resultados del proyecto no han sido los esperados, ya que nos hubiera gustado demostrar que el calentamiento dieléctrico es más eficiente en productos viscosos como el salmorejo, aunque arroja cierta luz sobre el potencial industrial de esta tecnología.

De momento, no es posible recomendar que se sustituyan los intercambiadores de calor actuales por equipos de radiofrecuencias, aunque estos podrían ser una buena opción para el diseño de nuevas líneas de procesado en grandes factorías. Su mejor eficiencia energética, así como un menor consumo de agua y de productos químicos de limpieza podrían rebajar los costes de producción a gran escala. Otro punto a su favor sería poder usar energías renovables en lugar de combustibles fósiles más contaminantes para calentar el agua o generar vapor de proceso.

Artículo firmado por: 

Sancho Bañón, Marina Kravet, Francisco Javier Alonso y José María Ros (Departamento de Tecnología de los Alimentos, Nutrición y Bromatología. Facultad de Veterinaria. Universidad de Murcia (UM), Andrés Abea, Maria Dolors Guàrdia e Israel Muñoz (Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries IRTA – Programa de Calidad de Tecnologías Alimentarias), Neus Sanjuan, María Calero (Grupo ASPA. Departamento de Tecnología de Alimentos. Universitat Politècnica de València).