HIGH PRESSURE PROCESSING O PROCESAMIENTO POR ALTA PRESIÓN (HPP). HOY DÍA EXISTEN VARIAS TENDENCIAS EN EL MUNDO, REFERENTES AL PROCESAMIENTO DE LOS ALIMENTOS. UNO DE ELLOS ES EL PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS POR ALTAS PRESIONES, EL CUAL TIENE ASPECTOS POSITIVOS Y TAMBIÉN ALGUNAS BARRERAS NO MENORES, QUE DIFICULTAN ACTUALMENTE LA MASIFICACIÓN DE ESTA TECNOLOGÍA.

Por David Mora Aranda (*) , Ingeniero de Alimentos (PUCV), Ingeniero Civil Industrial (UMAYOR), Diplomado en Gestión de Calidad y Excelencia Organizacional de la Pontificia Universidad Católica de Chile, Diplomado en Planificación y Control de Gestión, Les Halles, Instituto de Capacitación, Magister (en curso) en Medio Ambiente y Desarrollo Sustentable (UMAYOR).

Hoy día existen varias tendencias en el mundo, referentes al procesamiento de los alimentos. Uno de ellos es el procesamiento de alimentos por altas presiones, el cual tiene aspectos positivos y también algunas barreras no menores, que dificultan actualmente la masificación de esta tecnología.

Pero ¿Qué es HPP?
El procesamiento de alta presión HPP de alimentos, es una tecnología no térmica que implica la inhibición bacteriana y destrucción celular de bacterias, presentes en los alimentos por medio de altas presiones, que conducen a extender la vida útil de los alimentos procesados, así como a mantener el valor nutricional y calidad de los productos alimenticios. Esta es una tecnología que ha sido estudiada desde 1883 por “Certes” que fue el primero en relacionar el efecto de las altas presiones y la muerte de microorganismos.

Sin embargo, el efecto de las altas presiones hidrostáticas en los alimentos, fue revelado por primera vez a finales del siglo XIX por Bert Hite et all, en la estación experimental agrícola en West Universidad de Virginia, 1899. Hite utilizó alta hidrostática presión de hasta 600 MPa como herramienta para conservar la leche, y más tarde, hortalizas y frutas en 1914. Luego de estos estudios primarios, sólo se han realizado unos pocos trabajos y no se publicaron investigaciones sostenidas sobre el procesamiento a alta presión hasta 1980. A mediados de esa década, el interés se reactivó y en 1992 una gran revolución de HPP en Japón, lanzó una mermelada tratada a altas presiones y fue comercializada transformando el mercado, donde luego otras 6 empresas siguieron usando la tecnología.

Durante los últimos 30 años, el procesamiento de alta presión ya se ha implementado eficazmente en la industria alimentaria internacional. Se han realizado muchos estudios para comprender avances significativos de la tecnología HPP, que produjo productos alimenticios seguros, frescos, nutritivos e innovadores.

Fig 1. Ejemplo de un equipo comercial de altas presiones. (Fuente: Hiperbaric)

Principio HPP
El procesamiento por alta presión HPP utiliza presiones elevadas típicamente en el rango de 100 a 1000 MPa o 10000 bares con o sin adición de calor externo. (1)

En la operación típica de HPP se realiza por lotes, los alimentos pre envasados se cargan dentro de un recipiente a presión (canastos) y luego se presurizan utilizando agua como medio de transmisión de presión (cilindro contenedor).

Con la compresión directa utilizada en los sistemas de escala de laboratorio, el volumen del recipiente se reduce por la acción de una presión hidráulica aplicada a un pistón. En los sistemas de compresión indirecta, se utiliza un intensificador o bomba de alta presión para bombear un fluido transmisor de presión directamente al recipiente para alcanzar una presión objetivo. El método indirecto de presurización se utiliza actualmente para la aplicación comercial de HPP en el procesamiento de alimentos.

Fig2. Esquema de funcionamiento equipo HPP. (Fuente: Hiperbaric)

Alimentos bajo Presión
Los principios rectores del procesamiento de HPP, se basan en el supuesto de que los alimentos a alta presión en un recipiente, siguen la regla isostática independientemente de su tamaño o forma. De acuerdo con esta regla, la presión se transmite instantánea y uniformemente a través de una muestra, ya sea que la muestra esté en contacto directo con el medio de presión o sellada herméticamente en un paquete flexible. Por lo tanto, a diferencia del procesamiento térmico, el tiempo necesario para el procesamiento HPP debe ser independiente del tamaño de la muestra.

El efecto del procesamiento de HPP en la química y microbiología de los alimentos, se rige por el principio de Le Chatelier. La alta presión estimula algunos fenómenos (p. Ej., Transición de fase, reacciones químicas y cambios en la configuración molecular), que se acompañan de una disminución del volumen, pero se oponen a las reacciones que implican un aumento del mismo.

Los efectos de la presión sobre la estabilización de las proteínas, también se rigen por este principio, es decir, los cambios negativos de volumen que se producen con un aumento de la presión, provocan un cambio de equilibrio hacia la formación de enlaces. Junto con esto, el máximo de enlaces iónicos también se ve reforzado por HPP, ya que esto conduce a una disminución del volumen debido a la electrostricción del agua. Además, los enlaces de hidrógeno se estabilizan a alta presión, ya que su formación implica una disminución de volumen.

La presión generalmente no afecta a los enlaces covalentes y en consecuencia, HPP puede alterar moléculas grandes y estructuras de células microbianas, como enzimas, proteínas, lípidos y membranas celulares, y dejar intactas las moléculas pequeñas como las vitaminas y los componentes del sabor.  (1)
El tratamiento por altas presiones, se aplica a alimentos sólidos y líquidos en envase flexible a vacío. No se utiliza en alimentos envasados en recipientes rígidos (cristal o lata) ni en alimentos sólidos que incluyan aire (pan y mousses, por ejemplo) (Pina Pérez, 2011). Los tres parámetros críticos a controlar en el diseño de cualquier tratamiento por altas presiones son la presión, el tiempo y la temperatura. (2)

Efectos de HPP en los microorganismos presentes en los alimentos
Los mecanismos de acción atribuidos a la presión e involucrados en la destrucción o inactivación de microorganismos, se deben principalmente a cambios en la membrana celular, cambios bioquímicos, morfológicos y genéticos. (2)

La membrana celular es una estructura especialmente sensible a la presión, responsable en muchos casos de la muerte de las células sometidas a condiciones suficientes de tratamiento. (2)

Basta una presión de 300 MPa para provocar la desnaturalización irreversible de las proteínas y fosfoproteínas que componen la membrana celular, modificándose la permeabilidad de la misma y viéndose alterado el intercambio iónico. Cuando las células se encuentran en división (fase logarítmica), su membrana celular es más susceptible a los factores externos, como la presión (Téllez-Luis y col., 2001). (2)

A nivel bioquímico, las altas presiones destruyen la estructura terciaria y cuaternaria de las proteínas enzimáticas, que se mantienen por interacciones débiles no covalentes. Puesto que la actividad biológica de una enzima depende de la configuración tridimensional de su centro activo, cualquier modificación estructural conduce a la pérdida de actividad enzimática. (2)

Presiones superiores a 200 MPa son suficientes para lograr su inactivación (Ludikhuyze y col., 2002). Las altas presiones producen también cambios morfológicos en las células vegetativas de los microorganismos, como compresión del gas de las vacuolas, alargamiento de las células, separación de la membrana y pared celular, contracción de la pared celular con formación de poros, modificaciones del citoesqueleto, modificaciones de los núcleos y orgánulos intracelulares, coagulación de la proteína citoplasmática y liberación de constituyentes intracelulares fuera de la célula (Téllez- Luis y col., 2001) (2)

Los efectos de la presión son comparables a los efectos de una pasteurización, vale decir de 5 reducciones decimales, que, dependiendo de los parámetros críticos del proceso, el tiempo de exposición y del ciclo, la presión, y la temperatura de carga, además de un cuarto parámetro que es la carga inicial de microorganismos presentes.

Este proceso de HPP, no tiene los mismos efectos en microorganismos esporulados, los cuales son más resistentes a las altas presiones.

Fig 3. Micrografías de Lactococcus lactis subs. cremoris MG1363 (a, b y c) y SK11 (d, e y f) no tratadas y tratadas por alta presión. Condiciones de presión: 0,1 MPa (a y d), 300 MPa (b y e) y 800 MPa (c y f) (Malone y col., 2002). (2)

En mi experiencia
Aún recuerdo cuando trabajaba como Ingeniero de Procesos de una de las empresas cecineras más importantes de Chile, cuando me indicaron que debía generar los programas de procesos, estudios de vida útil y puesta en marcha de un equipo de altas presiones HPP.
Fue un desafío enorme, alguna vez había leído sobre esta tecnología en algún trabajo universitario, lo cierto que ya ejerciendo, debí enfrentarme a esta enorme tarea y descubrir aspectos muy interesantes.

Recuerdo haber leído muchos paper relativos al HPP y su efecto en alimentos y teniendo disponible un sinnúmero de productos envasados y un laboratorio para realizar pruebas, me puse manos a la obra, finalmente pudimos ver en la práctica al equipo medir los tiempos de proceso, el tiempo de retención y detallar algunas conclusiones, entre otras cosas.

Si la formulación del alimento, posee una cantidad determinada de elementos que generen enlaces débiles, esto se traducirá posterior al proceso de HPP en que existirá una exudación de líquido, superior a la normal por la rotura de enlaces débiles o no covalentes.

Por otra parte, los microorganismos requieren de agua disponible para poder moverse o desarrollarse en el alimento, es su medio de transporte por lo cual mientras mayor sea la actividad de agua, mayor la probabilidad de crecimiento microbiano, pero también es mayor el efecto del proceso de HPP, por lo cual un alimento a temperaturas de congelación, el efecto HPP es mínimo y peligroso para el equipo.

En el funcionamiento del equipo HPP es vital mantener a la vista siempre 2 parámetros, el primero bajo toda circunstancia, cumplir con las mantenciones preventivas establecidas por el productor del equipo. Y la segunda, la calidad del agua utilizada es determinante en la vida útil de piezas clave del equipo, instalar un sistema de ablandamiento de agua o para disminuir la conductividad eléctrica tal como un sistema.
Es muy importante tener un stock de repuestos y especialistas que sepan operar el equipo.

Otra conclusión se refiere a las condiciones de almacenamiento del producto, antes de procesar por HPP, las condiciones de traslado antes de HPP deben ser de sumo cuidado, ya que cualquier anomalía puede provocar daño al envase, disminución de vida útil y aumento de la carga microbiana inicial, factor clave a considerar para evaluar los efectos del proceso, mientras más alta sea la carga inicial, más alta será el resultado de carga final de microorganismos presentes, por ello es importante destacar que el equipo logra niveles de pasteurización, pero manteniendo las características organolépticas del producto.

Luego pasado un tiempo y ya estando fuera de la empresa cecinera, me contactaron desde otra llamada “Natural Safe” (http://www.naturalsafe.cl) empresa maquiladora (no produce alimentos, ellos procesan por HPP el producto producido y envasado por otro productor), que invirtió en adquirir un equipo HPP y deseaba realizar puesta en marcha e implementar un sistema de calidad.

Interesante desafío con nuevo equipo, en otra empresa y nuevas personas. Me puse en la tarea de establecer buenas practicas HACCP y finalmente certificar ifs V6.1 creando un sistema documental perfectible, siendo la primera empresa maquiladora nacional en lograr esta categoría, una ardua misión para un buen equipo de trabajo, en donde pudimos concluir lo siguiente:

Son muy importante las condiciones de envasado del producto antes del procesado de HPP, si las condiciones no son las óptimas, se generará merma posterior al HPP, por lo cual el productor debe tener extremo cuidado en esta etapa de sus procesos.

Es crucial mantener la cadena de frio antes, durante y después del procesado de HPP, como también una trazabilidad exacta y eficiente a cada producto procesado.

Finalmente, esta tecnología de la última década del 1800, es aun disruptiva y requiere de mayor análisis y discusión. Por ende, es importante la generación de trabajos en común, entre la industria y la academia, que busquen reducir las barreras de entrada especialmente económicas, para la implementación de esta tecnología en más productores.

Bibliografía:
(1) W. M. Elamin, J. B. Endan, Y. A. Yosuf, R. Shamsudin and A. Ahmedov, J. Eng. Sci. Technol. Rev., 2015, 8, 75–83
(2) Andrés Martín, Víctor (2016) Efecto del tratamiento de altas presiones hidrostáticas y del almacenamiento sobre la seguridad y la calidad nutricional, sensorial y funcional de smoothies como alternativa a las bebidas mixtas comerciales. Tesis Doctoral Universidad Complutense de Madrid.
(*) Correo Electrónico: david.mora@ciach.cl / david.mora.a@gmail.com

El procesamiento de alta presión HPP de alimentos, es una tecnología no térmica que implica la inhibición bacteriana y destrucción celular de bacterias, presentes en los alimentos por medio de altas presiones, que conducen a extender la vida útil de los alimentos procesados, así como a mantener el valor nutricional y calidad de los productos alimenticios