Universidad Nacional Agraria La Molina
Centro de Investigación y Capacitación
en Envases y Emabalajes
Prof. Ing. Walter Francisco Salas Valerio

                            CAPITULO III   
	DETERIORO E INDICE DE DETERIORO

3.1. Introducción

En todos los problemas de empacado, la primera consideración debe caer con el producto mismo, y el empacado de alimentos no es la excepción. La manera en la cual los alimentos se deterioran debe ser determinada, la influencia del transporte, almacenamiento y condiciones de venta en la velocidad en la cual el deterioro toma lugar serán factores importantes a considerar. El factor causante del deterioro de muchos alimentos puede ser dividido en deterioro biológico y deterioro abiótico.

3.2. Deterioro biológico

Este es causado por el proceso normal de añejamiento, el cual ocurre en todas las materias vivientes, tal como vegetales, frutas y también por cambios microbiológicos asociado con bacterias, mohos y levaduras. Este proceso de deterioro, puede ser frecuente disminuido o demorado por un adecuado procesamiento o empacado de estos alimentos y por un adecuado control de temperatura y humedad dentro del almacenamiento.

3.2.1. Efectos de los cambios de temperatura. 

La temperatura de almacenamiento es uno de los factores más importantes. El deterioror biológico de frutas frescas o vegetales por su proceso de maduración no puede ser disminuido o retardado solamente por el hecho de ser empacado el producto; el cual muchas veces juega un rol higiénico, protección durante el proceso de manejo y transporte. El empaque debe permitir que el producto respire, haciendo que se elimine el anhidrido carbónico que se produce y la humedad e incorporar el oxígeno del medio ambiente.

El enfriamiento, sin embargo, puede retardar este proceso. Por ejemplo, si la vida de una fruta es de 4 días a la temperatura de  20°C y puede ser distribuido y consumido entre los dos días a esta temperatura, solamente la mitad de su vida posible de almacenamiento es usada en el proceso de mercadeo, por lo tanto, antes del proceso de mercadeo podría ser retenida la fruta por solo 2 días a 20°C. Sin embargo, si nosotros colocamos a la fruta en un ambiente  a 10°C, la vida en el almacenamiento de dos días puede ser incrementada a 5 días, y a 2°C podría ser 12, sustancialmente se incrementa el tiempo, y esto afecta a su vez a las ventas y el consumo final.

3.2.2. Crecimiento bacteriano.

Las especies de los microorganismos que producen el deterioro de los alimentos está en función de las condiciones del medio ambiente que la rodea, y puede ser grandemente influenciado por el pH y el contenido de humedad del alimento (actividad de agua del alimento). La velocidad del crecimiento de los microorganismos responsables del deterioror depende de la temperatura de la humedad relativa atmosférica  y de la composición de la atmósfera, especialmente del contenido de dióxido de carbono y oxigeno.

El crecimiento bacterial en los alimentos pasa a través de una sucesión de fases. Si el número de bacterias es computada periódicamente y el resultado es ploteado en un gráfico (Figura 3.1) (5), se obtiene una curva de crecimiento. Esta curva puede ser dividida en fases como se muestra: (i) una fase inicial de acomodo (desde A a B), durante la cual no hay crecimiento; (ii) una fase positiva de aceleración del crecimiento (de B a C); (iii) una fase exponencial de crecimiento (de C a D) en la cual la velocidad es más rápida; (iv) una fase negativa de aceleración cuando la velocidad decrece (D a E); (v) una fase estacionaria máxima donde el número permanece constante (E a F); (vi) la fase de muerte acelerada, y (vii) la fase de muerte o declive (G a H) durante el cual el número decrece. Con muchos microorganismos, el número no decrece a una velocidad fija de cero como se muestra por la línea en  la figura, pero se produce como se muestra en la línea punteada algunas células permanecen por algún tiempo.

La longitud de las fases de acomodo y de la fase de aceleración positiva es muy importante en la conservación de los alimentos. Esto puede ser alcanzado por:

(1)	La introducción de tan pocos microorganismos que producen el deterioro como sea posible, por ejemplo, evitando la contaminación y previniendo la adición del crecimiento de microorganismos activos tales como aquellos que crecen en contenedores sucios, equipos y utensilios.
(2)	Haciendo que las condiciones ambientales (suministros de alimentos, humedad, temperatura y pH) no favorezca al menos en uno de ellos.

	Fig. 3.1. Curva de crecimiento microbiano.

Las Figuras 3.2 y 3.3 muestran la influencia de la temperatura sobre la multiplicación de las bacterias que producen la putrefacción en las carnes frescas (3). En el caso de pescado fresco también disminuyendo la temperatura de 3 a 0°C se dobla la vida de almacenamiento. La Figura 3.2 muestra que la disminución de la temperatura, causa la reducción de la pendiente de la segunda fase de crecimiento logarítmico (3) (similares resultados son conseguidos por el almacenamiento en dióxido de carbono, pero podía tener efectos indeseados tales como la decoloración del producto. La utilidad del dióxido de carbono incrementa a bajas temperaturas)(Figura 3.4).

La Figura 3.4 muestra los diferentes tipos de crecimiento microbiano sólo cuando la humedad relativa de equilibrio está por arriba de un mínimo, el cual su valor depende del microorganismo (3). Se puede  concluir que cualquier deterioro biológico juega un rol decisivo y la vida de almacenamiento puede ser incrementada, por el hecho de disminuir la temperatura.

	Fig. 3.2. Disminuyendo la temperatura de la carne
	fresca se prolonga la fase latente del
	crecimiento microbiano. 

	Fig. 3.3. Influencia de la multiplicación de las
	bacterias de putrefacción sobre las carnes
	frescas después de la incubación por 40 hr.

3.2.3. Deterioro de carne fresca y refrigerada

La carne fresca es una materia compleja en la cual muchos procesos biológicos tienen lugar asociados con los tejidos vivos que todavía están activos. El período de almacenamiento es obviamente importante, pero con los mejores medios de empacado depende de un número de otros factores. Estos son: apariencia visible (color), propiedades organolépticas (sabor y olor), relación de humedad y condiciones bacteriológicas.

a)	Apariencia visible.- El más importante factor en la apariencia de la carne es el color. Esto es particularmente verdadero para la carne pre-empacada. El color rojo púrpura del corte de una carne fresca es debido al pigmento conocido como mioglobina, el cual es  relacionado a la hemoglobina de la sangre. La diferencia en el color de la superficie de la carne viene de los cambios químicos del pigmento (Figura 3.5) (4).

	En la exposición al aire, una molécula de oxígeno es añadida directamente a la porción de fierro de la mioglobina, produciendo oximioglobina, el cual tiene un color rojo brillante. Este color es muy rápidamente formado y es aceptado como el más deseable color de la carne en un no-empacado y pre-empacado carne fresca cuando el color rojo de la superficie de la carne es expuesta al aire, otra reacción ocurre y forma un pigmento marrón (metiomiglobina), que caracteriza a las carnes añejas o viejas. La velocidad de desarrollo de la metimioglobina depende (1) la temperatura (a más alta la temperatura, más rápida la reacción); (2) el pH de la carne (a más alto pH de carne más negras) y (3) acelerado por deterioro bacteriano.

b)	Propiedades organolépticas.- Sabor y olor de la carne es afectada grandemente por la presencia de las bacterias. La velocidad de oxidación produciendo rancidez en la grasa intramuscular es más alta en carne de no-rumiantes (carne de res).

c)	Relación de humedad.- La pérdida de humedad tiene también un significativo efecto de oscurecimiento sobre el color de la superficie de la carne fresca atribuyendo a la migración de la superficie de pigmentos que son solubles, el cual se va concentrando después de la evaporación de la humedad.  

Fig. 3.4. Efecto  de la humedad relativa de equilibrio sobre la velocidad de crecimiento de bacterias, levaduras y mohos

La pérdida de humedad es uno de los puntos más importantes asociados con el almacenamiento y distribución de carne fresca. Pérdida de humedad puede dar como resultado un enrojecimiento y oscurecimiento de la superficie de la carne junto con un significativo deposición de gotas de agua en el empaque.

d)	Condiciones bacteriológicas.- Las carnes que no son empacadas y las empacadas son igualmente perecibles y sensibles al ataque de microorganismos. La velocidad a la cual las bacterias crecen sobre la superficie de la carne dependerá del tipo de microorganismo, la temperatura y la naturaleza de la atmósfera de almacenamiento bajo condiciones aeróbicas las bacterias pueden causar:

	d.1. Viscosidad  sobre la superficie (la temperatura y la humedad disponible influyen en la clase de microorganismo hallado).

	d.2. Cambios en el color de los pigmentos de la carne, el color rojo puede cambiar a manchas verdes, marrón o gris como resultado de los compuestos oxidados.

	d.3. Cambios en las grasas.- oxidación de grasas no saturadas en la carne toma lugar químicamente en el aire, y las bacterias pueden también causar rompimiento o acelerar la oxidación de las grasas.

	d.4. Fosforescencia.- Poco común, efecto causado por bacterias fosforescentes o luminosas.

	d.5. Sabores y olores desagradables.- Causada como resultado del crecimiento de bacterias sobre la superficie y a la producción de ácidos volátiles. Bajo condiciones aeróbicas, levaduras y mohos podrían crecer sobre la superficie de la carne para causar una superficie viscosa, pegajosa, olores y sabores desagradables y decoloración. Parte de la superficie deteriorada por levaduras y mohos son localizadas comúnmente y pueden ser separadas sin malograr el resto de la carne.

Bajo condiciones anaeróbicas el deterioro es debido a:

a)	Acidez.- Dando un olor ácido y algunas veces el sabor causado por ácidos los cuales pueden resultar de la acción de las enzimas en la carne durante el proceso de maduración o añejamiento anaeróbico producción de ácidos grasos o ácido láctico por bacterias, rompimiento de las proteínas sin putrefacción.

b)	Putrefacción.- Anaeróbica descomposición de proteínas de microorganismos con la producción de compuestos u olores indeseables.

c)	Sabores y olores desagradables por putrefacción cerca a los huesos.

                           Fig. 3.5

2.4. Deterioro de pescado fresco y refrigerado

El empacado de pescado fresco es comprendido con dificultad debido a la naturaleza del pescado mismo. De todos los productos frescos, el pescado es de lo más susceptible al deterioro. Este es más rápido en perecer que la carne fresca por su rápida autolisis por las enzimas del pescado y porque es menos ácido en su reacción, el cual favorece el crecimiento microbiano. También el pescado es susceptible a la rancidez y a la formación de olor debido a la producción de la trimetilamina.

a)	Rancidez.- El contenido de grasa del pescado fresco va desde 1 a 22% en algunas especies y particularmente las especies pelágicas. La grasa del pescado es bastante fluida y tiende a depositarse en depósitos definidos, principalmente debajo de la piel. El aceite de pescado es insaturado y reacciona rápidamente con el oxígeno de la atmósfera el cual resulta en un olor de rancidez desagradable. La velocidad de reacción es reducida cuando se disminuye la temperatura, pero la reacción puede ocurrir aún en el estado congelado. Esta es catalizada por las enzimas del sistema dentro del pescado y trazas de fierro o cobre actúan como pro-oxidantes. La reacción o el inicio de la oxidación o rancidez puede ser promovido por la luz.

b)	Formación de trimetilamina (TMA).- La TMA es formada en pescado de mar y éstos se degradan como resultado de la reducción bacterial del óxido de trimetil amina (OTMA). La reacción envuelve la oxidación simultánea del ácido láctico o ácido acético y dióxido de carbono.

	Esta reacción depende del pH. Vivo o cercanamente muertos los pescados son alcalinos, pero después de la muerte hay una rápida caída del pH cuando el glucógeno se rompe produciendo ácido láctico. Pescado fresco y sus constituyentes (particularmente OTMA) son buffers fuertes (el pH del pescado empieza a envejecer), el OTMA es reducido por las bacterias a TMA, el cual no es un buffer a este pH, por lo tanto el pH cae lentamente. Eventualmente el ácido láctico desaparece y más material alcalino (incluyendo amonio) es producido y el pH alcanza un valor de  8 ó más en el pescado en estado de putrefacción.

c)	Condiciones bacteriológicas.- Los fluídos y carne del pescado vivo o animales marinos son generalmente estériles, pero gran número de bacterias son halladas en la superficie externa, escamas y agallas. La flora de la carne de los pescados de mar son usualmente psicrófilos (soportan bajas temperaturas) y crecen bien a 0°C (32°F). Cuando el pescado es dejado o descargado en el puerto, después de 15 ó 16 días en el mar en hielo. Coliformes, incluyendo coliforme fecal, puede normalmente ser detectada sobre el pescado, como resultado de la contaminación de los recipientes de pescado a bordo del barco.

	Pescado fresco, sin embargo, es raramente conocido como un alimento que contiene toxinas; cuando esto ocurre, ésto se debe a una contaminación con salmonella, sthaphylococcus y Clostridium cuelchii: se produce   esta contaminación durante el manipuleo de las personas  en la distribución. Botulismo producido por pescado raramente ocurre. Botulismo tipo E ha sido reportado en empaques al vacío ahumados, pescado de agua dulce en algunos países. Algunos pescado, producen una forma de histamina (veneno) cuando ellos se malogran o deterioran, y algunas especies tropicales pueden ser venenosas aún cuando son frescas.

d)	Empacado al vacío.- Provee algún incremento de la vida de almacenamiento, pero las posibles ventajas son menores que los riesgos. El empacado al vacío da condiciones anaeróbicas y es por lo tanto inseguro para productos de pescado con un pH sobre 4,5 o menos de 4,5% de contenido de sal en la fase acuosa. Tales productos deben ser mantenidos a una temperatura por debajo de 4°C (39°F) durante el proceso de comercialización (venta) y preferentemente comercializados congelados.

3.3. Deterioro abiótico

Este es causado por cambios físicos y químicos en el producto, tales como la reacción de proteínas y azúcares (reacción de oscurecimiento), reacción hidrolítica, oxidación de las grasas (produciendo rancidez) y los cambios físicos de hinchamiento, deshidratación, derretido, etc. Algunos de estos deterioros pueden ser prevenidos por el empacado mismo, previos  procesos preservación de los alimentos han sido adecuadamente llevados para darle la requerida vida de almacenamiento, la temperatura debe ser controlada.

3.3.1. Rol del agua en los alimentos

El agua es el más abundante e individual constituyente por peso en la mayoría de los alimentos y es un constituyente importante aún en aquellos alimentos en los cuales la proporción de agua ha sido reducido deliberadamente durante su manufactura o procesamiento, en razón de cambiar las propiedades o ayudar a su preservación. Este es difícilmente extraído ya que el agua influye en muchos aspectos de la calidad de los alimentos y los alimentos son frecuentemente divididos en tres principales categorías, de acuerdo a la proporción de agua que contiene: alimentos secos, alimentos de contenido de humedad intermedia  y alimentos húmedos.

La cantidad de agua presenta en muchos alimentos puede variar sobre un limitado rango sin causar mucha alteración en el producto mismo. Por ejemplo, algunos panes pueden absorver 2% más humedad que el presente cuando ellos están recientemente horneados, y el consumidor no sería capaz de detectar su diferencia. Sin embargo, un descenso de la calidad será detectada por arriba de este nivel. En muchos casos, por tanto, nosotros definimos un contenido de humedad crítico para el producto con un límite superior e inferior dentro del cual el producto es satisfactorio. El principal cambio, los cuales son traídos por la ganancia de humedad (o pérdida) pueden ser resumidos abajo como sigue:

a)	Cambios físicos. Esto incluye endurecimiento o "craking" el cual es causado por humedecimiento y subsecuente secado de los pro-cristales; por la pérdida de textura o perdida de  "crocantez o crispness" que toma lugar debido a la ganancia de la humedad.

b)	Cambios microbiológicos. Esencialmente éstos son debido al crecimiento de mohos o bacterias la cual puede ocurrir si el contenido de humedad del producto alcanza por arriba de un nivel crítico.

c)	Cambios químicos. Estos sólo ocurren en presencia de humedad y son muy reducidos o lentos en su ausencia, tales como las reacciones entre el azúcar y las proteínas mezcladas juntas en ciertos alimentos a promovida su reacción por enzimas. La temperatura es un factor importante, y generalmente las altas temperaturas acelara las reacciones de este tipo.

3.2. Isotema de adsorción o curva de humedad de equilibrio

Cuando el contenido de humedad de un alimento es ploteado contra la humedad relativa de equilibrio (HRE) o actividad de agua a temperatura constante, la curva obtenida es la llamada curva de adsorción (Figura 3.6). Isoterma para diferentes alimentos varía en su forma y en el contenido de agua presente a cada humedad relativa de equilibrio. El contenido de agua de un alimento a una particular humedad es dependiente a los constituyentes de solubilidad en el agua y a la presencia de coloides. Cualquier material soluble en agua en un alimento reduce la presión de vapor de agua por la disminución de la cantidad de agua libre presente. Aliementos altos en proteínas, almidón u otro material de alto peso molecular tiene relativamente alto contenido de humedad de equilibrio de baja humedad y este no incrementa grandemente a altas humedades. Por otro lado los alimentos con alto contenido de azúcar tienen bajo contenido de humedad a bajas humedades pero como la humedad incrementa por arriba de un cierto límite los valores del contenido de agua se incrementa rápidamente y continúa incrementado.

Muchas de las curvas de isotermas de absorción para los alimentos muestra histérisis.

	Fig. 3.6. Isoterma de absorción. A. alimentos de alta
	humedad.  B. alimentos de humedad intermedia
	C. alimentos de baja humedad (6)

Frecuentemente cambios producidos  por la humedad toma lugar cuando el contenido de humedad alcanza un nivel crítico. Como ya establecimos, la cantidad de agua presente en muchos alimentos puede variar sobre un limitado rango sin ningún cambio aparente. El agua en una cantidad dada de aire también variará, pero la capacidad del aire para el vapor de agua es estrictamente limitada. La cantidad que puede mantener variará con la temperatura y el aire se convierte en "saturado" con vapor de agua donde está suficientemente presente para prevenir una presión de vapor del agua saturada a esta temperatura. La proporción de la real cantidad de vapor de agua a la que estaría presente el aire estuviera saturado expresado como un porcentaje, es llamado la humedad relativa. La actividad de agua (AW) es directamente proporcional a la presión del vapor de agua; y representa la proporción de la presión del vapor del agua del alimento a la presión del vapor de agua del agua pura bajo las mismas condiciones, expresadas como fracción. Así, un alimento con una AW de 0,7 tendrá una humedad relativa de equilibrio de 70%.

El agua presente en los alimentos higroscópicos (aquellos que absorben agua) también ejercen una presión de vapor, pero esta presión no es una simle proporción a la cantidad de agua presente, aún si la temperatura es constante. Si los alimentos higroscópicos son colocados en un ambiente cerrado, el agua se transferirá del alimento a la atmósfera, o viceversa, hasta que el equilibrio sea alcanzado. Si la atmósfera es no cerrada pero tiene una no limitada capacidad, entonces el contenido final de humedad del producto está dictado solamente por la humedad relativa de la atmósfera. Cada contenido de agua correspondería a una dada humedad relativa y bajo estas condiciones, ésta es conocida como humedad relativa de equilibrio (HRE).

Algunos materiales usualmente cristalinos, tienen un cambio de forma cuando ellos ganan o pierden más que una pequeña cantidad de agua y estos cambios toman lugar sólo a una humedad relativa específica. La Figura 3.7 muestra las curvas típicas para azúcar, sal de mesa, un producto químico no alimento como ejemplos específicos. El deterioro más común aquí es el desarrollo de terrones, producido por el humedecimiento de los productos seguidos por un subsecuente secado de la superficie. Por ejemplo, azúcar pura no absorbe agua de la atmósfera a menos que la humedad relativa se encuentre por arriba de 85%. Por arriba de ésta, absorberá agua continuamente y lo disolverá. La humedad relativa crítica para la sal de mesa es de 75%, consecuentemente en climas temperados estos dos materiales pueden ser empacados sin características de ser barrera de humedad.

En los países tropicales, sin embargo, ellos deben ser protegidos por buenos empaques que son barrera a la humedad bien cerrados para evitar se ponga en contacto con la humedad.

Materiales higroscópicos como harina, cereales, polvo y otros productos o subproductos de almidón son hallados al ganar o perder humedad muy despacio y continuamente cuando son sometidos a una atmósfera con la cual no están en equilibrio. Todos ellos tienen una isoterma en forma de "S" o del tipo signoidea que se muestra en la Figura 3.8. La isoterma de humedad es la más útil representación de la relación de humedad y generalmente da toda la información necesaria para determinar el significado del grado de protección.

	Fig. 3.7. Isotermas de productos cristalinos

	Fig. 3.8. Isoterma de adsorción para productos higroscópicos

Si se utiliza esta información teniendo en cuenta la humedad relativa en tiendas y supermercados a una determinada temperatura tal como la de ciudades británicas, la cual cae entre 40 y 70% nosotros podemos inmediatamente ver que previendo la humedad crítica de los productos todos los productos  caen entre los límites donde habrá muy poco o no requerimiento de protección.

Sin embargo, en muchos productos el más alto contenido de humedad crítica está en equilibrio por debajo de 40% HR o de un contenido de humedad crítico por encima de 70% de HR es requerida la protección.

Se puede  estimar la vida de almacenamineto de un producto si es conocida  la cantidad de agua permeada en un empaque bajo ciertas condiciones, el peso del producto, el contenido de humedad inicial y final, y  el promedio de la diferencia de las humedades del interior al exterior del empaque. Si la vida en almacenamiento es muy corta, un material de empaque con una mayor barrera  al vapor de agua debe ser escogida. Uno podría disponer con estas condiciones teóricas y determinar la permisible vida en almacenamiento por  un examen de almacenamiento con empaques seleccionados y las condiciones de almacenamiento posibles, pero aún así es ventajoso saber valores groseros en forma adelantada en razón de hacer una buena selección del material de empaque.

Mientras que la temperatura y los cambios en el contenido de humedad son  de vital importancia que llevan al deterioro del alimento, pero no son los únicos, nosotros podemos notar que el oxígeno, los daños físicos, pérdidas de sabor y el efecto de la luz también pueden causar dificultades.

	Fig. 3.9. Diferentes límites de seguridad para un alimento

A. Para autooxidación
B. Para reacciones de Maillard
C. Para cambios enzimáticos
D. Para cambios microbiológicos