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PROYECTO MINCYT-BIRF: ESTUDIOS DEL SECTOR AGROINDUSTRIA SERIE DOCUMENTOS DE TRABAJO N° 3 ESTADO DEL ARTE Y TENDENCIAS DE LA CIENCIA Y TECNOLOGÍA DEL PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS Pensel, Norma Ana Estado del arte y tendencias de la ciencia y tecnología del procesamiento de alimentos. - 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, 2014. E-Book. ISBN 978-987-1632-18-3 1. Ciencias. 2. Alimentos. I. Título CDD 664.028 Fecha de catalogación: 04/08/2014 Consorcio: Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) Universidad Nacional del Litoral (UNL) Asociación Civil GRUPO REDES – Centro REDES Fundación Banco Credicoop (FBC) El contenido de la presente publicación es responsabilidad de sus autores y no representa la posición u opinión del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva. CIUDAD AUTÓNOMA DE BUENOS AIRES, OCTUBRE DE 2013. PROYECTO MINCYT-BIRF: ESTUDIOS DEL SECTOR AGROINDUSTRIA SERIE DOCUMENTOS DE TRABAJO N° 3 ESTADO DEL ARTE Y TENDENCIAS DE LA CIENCIA Y TECNOLOGÍA DEL PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS Norma Pensel (Compilador) AUTORIDADES ■ Presidenta de la Nación Dra. Cristina Fernández de Kirchner ■ Ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva Dr. Lino Barañao ■ Secretaria de Planeamiento y Políticas en Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva Dra. Ruth Ladenheim ■ Subsecretario de Estudios y Prospectiva Lic. Jorge Robbio ■ Director Nacional de Información Científica Lic. Gustavo Arber ■ Director Nacional de Estudios Dr. Ing. Martín Villanueva PROYECTO MINCyT-BIRF: ESTUDIOS DEL SECTOR AGROINDUSTRIA El Proyecto fue desarrollado bajo el contrato de servicios de consultoría firmado entre el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación, representado por el Lic. Jorge Robbio, Subsecretario de Estudios y Prospectiva y el Consorcio representado por el Ing. Carlos Casamiquela, Presidente del INTA, el Dr. Albor Cantard, Rector de laUNL, el Dr. Lucas Luchilo, Presidente del Grupo REDES y el Lic. Darío Dofman, Director Ejecutivo de la FBC. El Proyecto fue conducido por una Mesa de Coordinación integrada por los representantes institucionales del Consorcio: Roberto Bocchetto (INTA) - Director del Proyecto; Matías Ruiz (UNL); Fernando Porta (Grupo REDES) y Gustavo Marino (FBC) – Administrador del Proyecto. La compusieron además los coordinadores de las tres actividades del Proyecto: Actividad 1: Ana María Ruiz (INTA) (agosto 2011–marzo 2012) y Javier Vitale (INTA) (abril 2012–setiembre 2013); Actividad 2: Graciela Ghezan (INTA); Actividad 3: Eduardo Matozo (UNL). Por su parte, integraron el equipo técnico central como Especialistas Seniors, Javier Medina Vásquez (Consultor Actividad 1); Fernando Porta (Actividad 2) Marcelo Grabois (UNL) - Actividad 3; y Emanuel Buenamelis (Consultor Sistema de Información). El Proyecto fue asistido por un Consejo Asesor integrado por: María Cristina Añón (SIDCA – CONICET – UNLP); Ricardo Cravero (Q Innova); Gustavo Idígoras (Business Issue Management); Héctor Laiz (INTI); Carlos León (PROSAP); Mercedes Nimo (COPAL); Consolación Otaño (MAGyP); Enzo Zamboni (Diagramma SA). El Proyecto contó como contraparte del Consorcio el siguiente Equipo Técnico del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación, Dirección Nacional de Estudios: Martín Villanueva (Director), Alicia Recalde, Manuel Mari, Ricardo Carri, Adriana Sánchez Rico, Miguel Guagliano, Vanesa Lowenstein y Nicolás Hermida; Dirección Nacional de Información Científica: Gustavo Arber (Director), Sergio Rodriguez, Natalia Djamalian y Sebastián Balsells. 2 ÍNDICE PRÓLOGO ............................................................................................................................. 3 1. Presentación ..................................................................................................................... 8 2. Introducción .................................................................................................................... 10 3. Estado del arte y tendencias de la ciencia y tecnología del procesamiento de alimentos a nivel mundial ............................................................................................... 13 3.1. Antecedentes y perspectivas ................................................................................. 13 3.2. Tendencias del consumo mundial de alimentos ................................................... 15 3.3. Vislumbrando el futuro de los alimentos ............................................................... 18 3.4. Tecnologías emergentes de procesamiento .......................................................... 26 3.5. Bibliografía ............................................................................................................... 45 4. Estado del arte y tendencias de la ciencia y tecnología del procesamiento de alimentos en Argentina .................................................................................................. 51 4.1. Antecedentes y perspectivas ................................................................................. 51 4.2. Tendencias .............................................................................................................. 56 4.3. Bibliografía ............................................................................................................... 65 5. Tecnologías transversales del procesamiento de alimentos ........................................ 66 5.1. Calidad Integral ........................................................................................................ 66 5.2. Producción más Limpia .......................................................................................... 78 5.3. Biotecnología ........................................................................................................... 88 5.4. Nanotecnología ..................................................................................................... 102 5.5. Tecnologías de la Información y la comunicación (TIC) ...................................... 115 6. Bibliografía ............................................................................................................. 122 3 PRÓLOGO El Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación se propuso estudiar las trayectorias en el desarrollo de tecnologías y estrategias innovadoras de las principales cadenas agroindustriales y la industria de alimentos en general, en línea con los objetivos nacionales de desarrollo. En el marco del “Programa para Promover la Innovación Productiva y Social”, desarrolló el Proyecto “Estudios del Sector Agroindustria”, con el apoyo financiero del Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento. El Consorcio integrado por el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), la Universidad Nacional del Litoral (UNL), la Asociación Civil Grupo REDES (Centro de Estudios sobre Ciencia, Desarrollo y Educación Superior – Centro REDES) y la Fundación Banco Credicoop (FBC) fue el encargado de ejecutar el Proyecto. El INTA tuvo bajo su responsabilidad la coordinación del Consorcio y la dirección del Proyecto, mientras que la Fundación Banco Credicoop actuó como administrador. El Proyecto se desarrolló entre agosto de 2011 y setiembre 2013. Las actividades del proyecto han sido desarrolladas en estrecha articulación con el nivel directivo y los equipos técnicos de la Subsecretaría de Estudios y Prospectiva - Secretaría de Planeamiento y Políticas en Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva del Ministerio. Además, contó con un Consejo Asesor compuesto por calificados referentesdel ámbito público y privado del sistema de innovación y del sector agroindustrial. El Proyecto tuvo como finalidad analizar el estado del arte, las tendencias y prospectiva de la agroindustria alimentaria argentina en el contexto mundial, haciendo foco en el procesamiento de alimentos y planteando una estrategia de innovación tecnológica e institucional que contribuya al desarrollo nacional y regional con inclusión y equidad social. El Proyecto fue diseñado para contribuir a los siguientes objetivos generales: 4 Incrementar la competitividad de la agroindustria alimentaria argentina, procurando una mayor densidad tecnológica, perfil innovador y valor agregado. Impulsar la dinámica y el esfuerzo innovador de la agroindustria alimentaria, detectando obstáculos para mejorar la competitividad sistémica y la capacidad de industrialización. Expandir el desarrollo de tecnologías y estrategias innovadoras, privilegiando el desarrollo territorial, la producción limpia y la salud ambiental. Identificar estrategias que mejoren el ingreso, el empleo, la calidad de vida de las regiones y la inserción competitiva de las PyMEs agroindustriales. Fortalecer la capacidad de formulación y gestión de las políticas públicas para asegurar impactos sustanciales de la innovación tecnológica e institucional. Se seleccionaron cinco cadenas agroalimentarias con potencialidad para alcanzar los objetivos propuestos: maíz, carne porcina, lácteos bovinos, olivo y frutas finas. Estas cadenas fueron seleccionadas por su potencial de crecimiento productivo e innovación, agregado de valor, y aporte al desarrollo social y regional, contribuyendo a identificar patrones de innovación tecnológica e institucional relevantes para orientar la estrategia futura del sector agroalimentario. Los factores de cambio de la industria alimentaria argentina fueron agrupados en tecnológicos e institucionales, incluyendo además las acciones y medidas de política que, actuando interactivamente, pueden vigorizar la construcción social de futuro. Los factores tecnológicos comprenden las tecnologías transversales al sistema agroalimentario y las específicas de cada cadena seleccionada para el estudio. Las transversales abarcan las tecnologías de procesamiento de alimentos, la aplicación de tecnologías en los campos de la calidad integral y la producción limpia (prevención y mitigación), junto a las tecnologías emergentes (biotecnología, nanotecnología y TIC). Los factores institucionales (no tecnológicos) fueron asociados específicamente 5 con los marcos regulatorios, poniendo foco en el análisis de los sistemas de calidad y de propiedad intelectual. La integración del análisis del sistema agroalimentario y las cadenas seleccionadas con los factores de cambio -considerando el marco nacional y mundial- permitió delimitar el estudio diagnóstico de la situación actual, el relevamiento de tendencias y la construcción de futuros. A partir de ese conocimiento, se elaboró una Agenda de Investigación, Desarrollo e Innovación (I+D+i) que señala, por una parte, los factores tecnológicos e institucionales críticos para promover la innovación de la agroindustria alimentaria argentina y, por otra, las acciones e instrumentos de política pública que pueden orientar el trayecto hacia el escenario deseable al año 2030. Este escenario está consustanciado con los objetivos de desarrollo del país que se aproximan a través de los propios del proyecto. El proyecto se desarrolló sobre la base de tres actividades: Actividad 1: Prospectiva tecnológica y no tecnológica. Elaboró tendencias y generó conocimientos prospectivos sobre los alimentos y la industria alimentaria mundial. Caracterizó y estudió las tendencias de las tecnologías de procesamiento de alimentos, las comprometidas con la calidad integral y la producción limpia, contemplando también las tecnologías emergentes (biotecnología, nanotecnología y TIC). Sobre esa base, construyó escenarios al 2030 de la agroindustria alimentaria argentina y de las cadenas agroindustriales seleccionadas. Actividad 2: Diagnóstico técnico y socio-económico. Elaboró el diagnóstico socio-económico y relevó la problemática tecnológica de las cadenas agroindustriales seleccionadas. Identificó las restricciones y requerimientos 6 de las empresas para mejorar su desarrollo socio-técnico y competitivo. A partir de ese conocimiento, analizó la conducta y desempeño de las cadenas agroalimentarias seleccionadas con la finalidad de identificar los patrones tecnológicos y los determinantes de su dinámica innovadora, así como los principales obstáculos al proceso de innovación en la industria de alimentos. Actividad 3: Vigilancia tecnológica e inteligencia competitiva (VTeIC). Instaló y aplicó los recursos que posibilitan ejecutar procesos de VTeIC con fuentes nacionales e internacionales. Estudió el estado de la técnica y tendencias de las cadenas agroindustriales seleccionadas y, a su vez, seleccionó y analizó segmentos tecnológicos que constituyen puntos críticos para el desarrollo de estos sectores. Complementariamente, relevó las capacidades de producción de conocimiento científico-tecnológico, institucional y formación de recursos humano (RRHH) a nivel mundial y nacional. Cada actividad conformó un grupo de trabajo con profesionales de las cuatro instituciones del consorcio. Estos grupos de trabajo interactuaron además con diferentes especialistas internos y externos. El Proyecto mantuvo un diálogo fluido con los actores del sector gubernamental, del sistema científico-tecnológico y del sector productivo, tanto a nivel nacional como internacional a través de una consulta- dirigida a expertos-tecnólogos (70), consulta-abierta a expertos (encuesta “Delphi”: 420), encuesta virtual a empresas (180), entrevista presencial en profundidad a empresas (105), y talleres de trabajo entre los equipos técnicos y especialistas (250). Este intercambio fue complementado por encuentros de síntesis y validación con el Consejo Asesor y las instancias de decisión política y equipo técnico del Ministerio. El trabajo integrado de las tres actividades posibilitó generar los siguientes estudios: marco conceptual y metodológico del Proyecto; diagnóstico y prospectiva de la industria alimentaria mundial y argentina al 2030; estado del arte y tendencias de la ciencia y tecnología del procesamiento de alimentos; incertidumbres críticas de la agroindustria alimentaria argentina en el contexto mundial; conducta y dinámica innovadora de empresas en las cadenas agroalimentarias; conducta, dinámica y 7 patrones tecnológicos de las cadenas agroalimentarias seleccionadas; capacidades de I+D del sistema agroalimentario y cadenas de valor; marcos regulatorios en la industria de procesamiento de alimentos; vigilancia tecnológica e inteligencia competitiva de las cadenas y segmentos tecnológicos seleccionados; y visión prospectiva de las cadenas agroindustriales seleccionadas al 2030. Estos 23 estudios se publican en la Serie Documentos de Trabajo del Proyecto. Estos trabajos constituyen a su vez la base de referencia para fundamentar los contenidos del documento-síntesis del Proyecto: “Trayectoria y prospectiva de la agroindustria alimentaria argentina: Agenda estratégica de innovación”. Cabe resaltar por último que este Proyecto ha servido para avanzar en la construcción de un modelo de organización y gestión orientado a estudiar la industria alimentaria argentina con anclaje regional y territorial. A partir de esta experiencia, es posible consolidar un espacio de trabajo interinstitucional concebido como un observatorio que articule las actividades en ciencia, tecnología e innovación con las oportunidades y problemas del desarrollo agroalimentario,buscando sustentar la formulación e implementación de la política científico-tecnológica nacional en el marco del Plan Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva – “Argentina Innovadora 2020” y del proceso de integración del MERCOSUR y de la región sudamericana. 8 1. PRESENTACIÓN El Proyecto del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva de la Nación y el Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento, denominado Proyecto MINCyT-BIRF: “Estudios del Sector Agroindustria” elaboró un diagnóstico prospectivo a nivel mundial y nacional de la agroindustria alimentaria. El diagnóstico permitió relevar las principales dimensiones que enmarcan el comportamiento de la agroindustria alimentaria argentina en el contexto mundial. En ese marco se elaboró el estado del arte y tendencias de la ciencia y tecnología del procesamiento de alimentos a nivel mundial y nacional poniendo foco en la aplicación de las tecnologías transversales: tecnologías de procesamiento de alimentos, calidad integral, producción más limpia y tecnologías emergentes (biotecnología, nanotecnología y tecnologías de la información y comunicación -TIC). En este documento se presentan las tendencias resultantes de ese trabajo colectivo, generada sobre la base de la consulta a expertos internacionales y nacionales referentes en los diversos temas. La información generada es producto de un proceso participativo amplio, que ha construido consensos y establecido prioridades sobre las incertidumbres críticas tecnológicas y no tecnológicas más importantes que atañen al futuro de la agroindustria alimentaria argentina y el procesamiento de alimentos. Estos consensos y la definición de tales prioridades constituyen las bases para la construcción de los escenarios de la agroindustria alimentaria y de las cadenas productivas seleccionadas como así también en la definición de una agenda de investigación, desarrollo e innovación. Este estudio fue respaldado por una encuesta sobre tecnologías de alimentos realizada aproximadamente a 70 expertos (del sector científico-tecnológico, empresarial y gubernamental), con la finalidad de comparar las tecnologías aplicadas en el país respecto a las tendencias futuras en el mundo y establecer las respectivas brechas de conocimiento. Complementariamente se realizaron entrevistas en 9 profundidad sobre los temas transversales de índole tecnológica, con foco de aplicación en procesamiento de alimentos. Esta etapa de trabajo se complementó con el análisis de capacidades en I+D relacionada a la ciencia y tecnología de alimentos a nivel mundial y nacional. Se abordaron diferentes tipos de capacidades: generación de conocimientos científicos, producción de conocimientos tecnológicos, capacidades institucionales y capacidades de formación de recursos humanos, con la finalidad de identificar aquellas que deberían ser fortalecidas en el Sistema Nacional de Innovación. 10 2. INTRODUCCIÓN La “cadena de valor agroindustrial” es un sistema dinámico que implica la combinación de dos procesos productivos, el agropecuario y el industrial, para transformar de manera rentable los productos provenientes del campo. Es un conjunto de piezas que van desde la fase de producción, seguida por la del procesamiento hasta la comercialización nacional e internacional, que se encuentran en equilibrio dinámico y que definen el trayecto que recorren los agroalimentos desde el campo hasta llegar al consumidor. El complejo sistema de la agroindustria presenta muchas variables que impactan y modifican el éxito de su desarrollo, y atraviesan las etapas productivas de pre- cosecha, cosecha, tratamiento post-cosecha, industrialización, embalaje, transporte, almacenamiento y los controles de calidad en las diferentes etapas de la distribución. Estos últimos requieren de “alianzas estratégicas” entre actores del sector público- privado. También se concibe a la agroindustria como un conjunto de procesos de transformación aplicados a materias primas de origen agropecuario y forestal que abarcan desde la primera agregación de valor hasta la obtención de productos finales con mayor grado de elaboración, constituyendo así uno de los subsectores con mayor relevancia para el país, ya que se vincula estrechamente con el resto de los sectores de la actividad económica. En consecuencia, la agroindustria requiere de integración y coordinación tanto técnica como económica de procesos y/o actividades de las cadenas de valor agroalimentarias. La situación científica y tecnológica actual está caracterizada por una trascendencia creciente de las tecnologías emergentes y convergentes y la incesante proliferación de nuevas disciplinas, subdisciplinas y áreas de conocimiento, presentando múltiples desafíos concretos para los planificadores de políticas de ciencia y tecnología, estrategias y gestores de las instituciones. 11 El desafío de la integración de tecnologías que en el mundo evolucionan rápidamente como la nanotecnología1, la biotecnología y las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) al procesamiento y desarrollo de nuevos alimentos, merece un análisis amplio y profundo para establecer el estado actual y a partir de allí, los cursos de acción posibles o, mejor aún, deseables a fin de posicionar a la agroindustria alimentaria argentina como una fuente genuina y sustentable de productos con agregado de valor. Asimismo, tomando en cuenta el estudio de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO2, por su siglas en inglés) denunciando que aproximadamente un tercio de los alimentos para consumo humano producidos en el mundo cada año se pierden o desperdician (aprox. 1.300 millones de toneladas), pone sobre relieve que el desarrollo y aplicación de estas tecnologías adquiere aún mayor relevancia dado su potencialidad para facilitar mejoras en los productos, procesos e insumos relacionados con la extensión de la vida útil de los alimentos. Esto aporta a la seguridad alimentaria dado que, si bien sigue siendo necesario aumentar la producción, un tercio de este aumento podría desperdiciarse si no se mejoran prácticas y aplican/desarrollan tecnologías para minimizar la perdida y desperdicio de alimentos. Además los avances que se produzcan en esta área redundarán en la reducción de perdidas en la distribución de alimentos a nivel local y en la exportación. Atendiendo a estos desafíos, el presente documento ha sido elaborado por un grupo numeroso y variado de expertos con el objetivo de contribuir al estado actual y de las posibles tendencias de la ciencia y tecnología de alimentos a nivel nacional y mundial. En sus tres capítulos se analizan el estado del arte y tendencias de la ciencia y tecnología del procesamiento de alimentos a nivel mundial, enfatizando, en el caso 1 La “revolución Nano” tiene un tremendo potencial de mejora para la agroindustira, con grandes desafíos en el área de minimización de riesgos, ya que su completa utilización implica la introducción y/o aplicación de nano-partículas en distintas etapas de la producción de alimentos. 2 J. Gustavsson et al. (2011). Global food losses and food waste – Extent, causes and prevention. FAO, Roma. 12 nacional, las tecnologías tanto específicas como transversales en el procesamiento de alimentos, con atención de su impacto y tendencias en la aplicación. 13 3. ESTADO DEL ARTE Y TENDENCIAS DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA DEL PROCESAMIENTO DE ALIMENTOS A NIVEL MUNDIAL Claudia González y Sergio Vaudagna 3.1. Antecedentes y perspectivas El desafío de afrontar la seguridad alimentaria mundial durante el próximo siglo esta afectado por una serie de eventos, comola crisis económica mundial desatada hacia fines del 2008, el impacto del cambio climático, el crecimiento demográfico, el proceso de urbanización y la necesidad de gestionar de forma sostenible ésta y otras demandas en rápido crecimiento en el “mundo de la energía y el agua”, las cuales se describen a continuación. • Cambios demográficos: según estimaciones de la Organización de las Naciones Unidas se espera que la población mundial aumente de los 6.900 millones actuales a más de 9.000 millones en el 2050, el 98% de ese crecimiento se producirá en los países en desarrollo y emergentes. La población urbana mundial se duplicará. Entre tanto, en muchos países desarrollados las poblaciones irán envejeciendo y estabilizándose. En 2020 las personas de más de 65 años representarán aproximadamente una quinta parte de la población mundial. Este porcentaje será aún mayor en países desarrollados como Italia, Alemania y Japón. Los modelos demográficos locales serán cada vez más diversos. La clase media mundial continuará su crecimiento, con la mayor parte de este crecimiento concentrado en las economías emergentes. El crecimiento global de la población unido a los cambios demográficos inducirá un incremento de la demanda por alimentos y un cambio en el perfil de esas demandas. Los cambios en la velocidad y en los niveles de urbanización tendrán también un impacto considerable en el mercado de los alimentos. Con el desarrollo económico, los individuos migrarán a 14 las áreas urbanas buscando nuevas oportunidades, incorporándose en el mercado económico e incrementando en consecuencia la demanda por alimentos, particularmente los alimentos procesados. Cada año, 65 millones de personas se suman a la población urbana del mundo, esto equivale a la adición de 5 ciudades del tamaño del Gran Buenos Aires. • Clima global y otros cambios ambientales: uno de los cambios que producen y producirán impacto sobre la producción de alimentos es el aumento del CO2 y otros gases del efecto invernadero. Este incremento, conduce a un aumento de las temperaturas medias, un cambio en los patrones de precipitación y aumento de la incidencia de eventos meteorológicos extremos (tormentas, inundaciones, sequía, calor agobiante), a la vez que incrementa la acidificación de los mares y océanos. Otro de los importantes cambios previstos por efecto del cambio climático es en la distribución y severidad de enfermedades y plagas en animales y plantas. Sin embargo, no descartemos que así como se generan amenazas, los cambios en el clima pueden ofrecer también nuevas oportunidades para la producción de alimentos en algunas partes no tradicionales del mundo. • Impactos ambientales producidos por la agricultura y la alimentación: los potenciales impactos negativos incluyen el aumento del uso del agua y el suelo, la erosión y la degradación del suelo, la pérdida de la biodiversidad, así como mayores emisiones de gases del efecto invernadero y la contaminación (química o microbiológica) cada vez mas preocupante de cuerpos de agua superficiales y subterráneos. • Disponibilidad de recursos claves para la agricultura: estos son cada vez más limitados, en particular el suelo apto, el agua dulce y la energía. En la actualidad, ya se prevén otros recursos limitantes tales como el fosfato mineral (un nutriente esencial para las plantas). La escasez de recursos puede ser exacerbada por la creciente competencia que genera el desarrollo urbano e industrial. 15 • Factores sociales: incluyen la urbanización, el cambio demográfico, los problemas de tenencia de la tierra, la gobernanza y la seguridad internacional, las preferencias, elecciones, gustos, hábitos y prácticas que afectan tanto la demanda como el consumo de alimentos, así como los estándares de vertido de residuos líquidos y sólidos de la industria alimentaria. Pueden describirse otros factores que afectarían en forma significativa los hábitos y patrones del consumo, estos son: la presencia creciente de la mujer en el mercado laboral, el mayor número de actividades que desarrollan diariamente los individuos, y la tendencia a la reducción del número de habitantes por hogar. Por otro lado, un mayor nivel de educación ha permitido que el individuo este más capacitado para decidir aquellos alimentos que considera más apropiados para consumir. • Factores económicos: incluyen los temas de comercio, tenencia de la tierra, el marco regulatorio, la asequibilidad y la accesibilidad (especialmente en los países en desarrollo) asociada a la globalización. Es importante llamar la atención acerca de los cambios en la economía mundial, ya que la expectativa era una marcada tendencia al aumento de los ingresos per capita hacia el 2020, pero la actual crisis económica, que afecta a los grupos económicos líderes, esta poniendo en duda esa proyección. En suma, el panorama económico global se prevé distinto al de principios de siglo. En la actualidad, los países y las empresas de Asia y América Latina desempeñan un papel más destacado e influyente en las normas del comercio internacional, las finanzas, la innovación y en el modelo de gobierno. 3.2. Tendencias del consumo mundial de alimentos En las últimas dos décadas se han sucedido complejos cambios a nivel social, tecnológico, económico, ambiental, político y cultural: el relativo incremento del poder de compra de la población, un mayor nivel de educación, nuevas ofertas tecnológicas que permiten obtener un enorme y más fácil acceso a la información, avances científicos-tecnologicos que han incrementado la expectativa de vida 16 favoreciendo el aumento de la población de edad avanzada, así como cambios en la estructura y organización de la familia que reducen el número de hijos por pareja y mantienen a la mujer más horas fuera de su hogar. Estos cambios han afectado la vida de la población y han impulsado cambios en la cantidad y calidad de las demandas en relación a los alimentos que consumen. Consecuentemente, los ejes del desarrollo tecnológico de los próximos años deben estar orientados a satisfacer las exigencias del “nuevo consumidor”, que a nivel internacional se concentran en: “alimentos más placenteros y sensorialmente más atractivos”, “alimentos que contribuyan a mejorar la salud”, “alimentos que sean convenientes y prácticos de consumir”, “alimentos de alta calidad y con inocuidad asegurada”, y “alimentos confiables, producidos en forma más limpia y con compromiso ambiental”, entre otras. No puede soslayarse, por otro lado, la mirada que ciertos sectores de los consumidores tienen sobre los alimentos procesados, que los ha llevado a tener una percepción negativa sobre los mismos. Sin duda la mayor parte de los consumidores valora aspectos tales como la consistencia, la amplia disponibilidad y la conveniencia que aportan y promueven los alimentos procesados. Aquella percepción negativa, aunque minoritaria, puede afectar las agendas de los organismos de control (inocuidad) y de los organismos de I+D, en particular apoyados por los medios masivos de comunicación. Algunos de los factores que han contribuido a la percepción negativa del consumidor incluyen el aumento de la prevalencia de la obesidad, el uso intensivo de agroquímicos o de aditivos, el escaso contacto entre los consumidores y los sectores de producción e industria de alimentos, las llamadas crisis alimentarias (inducidas por contaminantes biológicos y químicos), el impacto ambiental por la masiva descarga de efluentes, y la preocupación del consumidor por algunos ingredientes específicos tales como sal o azúcar en el desarrollo e impacto de enfermedades, en particular durante la infancia. Paralelamente, el desarrollo e incremento de nichos y sectores asociados a los alimentos regionales u orgánicos, con los desafíos y problemáticasque conllevan, puede explicarse, en parte, como una respuesta dirigida a aquellos sectores no satisfechos con el procesamiento industrial de los alimentos. 17 El documento preparado por la Federación de Industrias del Estado de San Pablo y el Instituto de Tecnología de Alimentos de ese estado brasileño, publicado en el año 2010 (Brazil Food Trends 2020), incluye una interesante identificación de los requerimientos y tendencias más recientes de los consumidores en el mundo, basado en el análisis de documentos estratégicos generados por instituciones internacionales de referencia. Dichas tendencias fueron enmarcadas en las siguientes cinco categorías. • Propiedades sensoriales y placer: esta tendencia se relaciona fundamentalmente con el mayor nivel de educación, información e ingresos de la población. Tales características favorecen que el consumidor valore de manera incremental las artes culinarias y las nuevas experiencias gastronómicas, mostrando interés por los sabores y texturas regionales y étnicas. Esto favorece el incremento de los productos con alto valor agregado, considerados gourmet o premium. • Salud y bienestar: en este caso se consideran factores como el envejecimiento de la población, los avances científicos que relacionan la dieta con ciertas enfermedades, y el mayor poder adquisitivo de la población como elementos que definen la necesidad del consumidor por un estilo de vida mas saludable. Dicha impronta segmenta los alimentos en alimentos funcionales, productos que controlan el peso, productos naturales que van mas allá del requerimiento por alimentos orgánicos. En cuanto a los alimentos funcionales, se solicitan entre otros, alimentos que promueven la aptitud mental y física, alimentos asociados a la salud cardiovascular y gastrointestinal, productos energéticos y productos que restauran el vigor mental y la relajación. El sobrepeso y la obesidad demandan productos con calorías reducidas, y que supriman el apetito. • Conveniencia y practicidad: la aceleración del ritmo de vida en los centros urbanos y los cambios que afectan las estructuras familiares tradicionales, son factores que estimulan la demanda de productos que ahorran tiempo y esfuerzo en el momento del consumo. Esta tendencia segmenta el mercado hacia productos listos para 18 usar, cocinar o consumir, de fácil preparación, fácil apertura y cierre, en envases descartables. Para el consumo fuera del hogar se plantean alimentos envueltos en forma individual y/o en porciones pequeñas. • Calidad y confiabilidad: los consumidores más conscientes y mejor informados demandan productos con inocuidad y calidad asegurada, aprecian la garantía de origen y las etiquetas de certificación que aseguren que se ha dado cumplimiento a los códigos de buenas prácticas y a los programas de control de riesgo. Esto conduce a tomar en consideración ciertos aspectos ligados a la confiabilidad de los productos, tales como la trazabilidad y las garantías de origen, los certificados de manejo de la calidad y de la inocuidad, el etiquetado y otras formas de comunicación que las empresas pueden utilizar para informar a los clientes acerca de los atributos de calidad de sus productos. Éstas y otras estrategias contribuyen a construir la confianza en sus marcas y ganar la preferencia del consumidor. • Sustentabilidad y ética: las demandas de calidad de productos y procesos han inducido la aparición de consumidores que se preocupan por el ambiente y que están interesados en contribuir a las causas sociales y/o ayudar a los pequeños agricultores familiares mediante la compra de sus productos. En cuanto a la sustentabilidad del ambiente, los aspectos apreciados por los consumidores de muchos de los países son: una menor huella de carbono y de agua, la reducción del impacto ambiental, el bienestar animal, el etiquetado ecológico, y el uso de envases reciclables. 3.3. Vislumbrando el futuro de los alimentos Teniendo en cuenta los factores determinantes de las tendencias futuras en el consumo de alimentos y tomando las demandas planteadas por el consumidor que fueron categorizadas e incluidas en el documento intitulado “Brazil Food Trends 2020”, se estima que los alimentos del futuro y las innovaciones tecnológicas 19 necesarias para producirlos se orientarán hacia los ítems que a continuación se describen. 3.3.1. La innovación en productos (desarrollo vs. diferenciación) Varias son las estrategias destinadas a innovar en la producción de alimentos: entre ellas podemos citar el desarrollo de un “nuevo” producto en base a necesidades o preferencias o “modas sociales” que plantea el consumidor; la modificación de un producto existente produciendo un cambio en el color, sabor u otra propiedad sensorial; la incorporación de un componente que sea beneficioso para la salud (alimentos funcionales). Asimismo, un aspecto de la innovación asociado con las llamadas “tecnologías blandas” es la diferenciación de productos mediante la implementación de certificados de calidad, de inocuidad, de procedencia o de sustentabilidad. • Productos con muy alto valor agregado: orientados a un público con alto poder adquisitivo, con gran acceso a la comunicación, con oportunidad de viajar por el mundo, adepto a las modas, etc. Por ejemplo los productos “gourmet” o especialidades; los productos étnicos; los productos exóticos/interactivos (productos que despiertan estímulos sensoriales y hacen escapar de la rutina diaria); productos artísticos (proponen la recreación de un plato de restaurante en la casa, que colaboran en construir momentos de ocio/entretenimiento, productos para ocasiones festivas, o productos para regalo); productos destinados a consumidores “aficionados a las comidas, atraídos por aires de sofisticación y novedad; productos con aromas/sabores exóticos, productos con nuevas texturas, productos de la categoría “indulgencia sin culpa” (aquellos que se ofrecen en tamaño reducido y con porciones o calorías controladas); productos súper- premium (productos de calidad excepcional con beneficios asociados, como por ejemplo el chocolate negro, con diferentes combinaciones de flavours gourmet, vendidos bajo certificación de comercio justo o de producción orgánica); productos “gastronómicos” o “tipo-restaurante” (productos listos para consumir, 20 comidas semi-preparadas o congeladas destinados a cumplir el sueño de comer en casa un plato gourmet preparado por un chef célebre). • Productos valorados por su origen, procedencia, proceso de manufactura y trazabilidad: se busca garantizar que los productos hayan sido producidos con ingredientes que no contienen sustancias “no orgánicas” como agroquímicos, antibióticos, hormona, etc. y que posean el mayor nivel de calidad posible (características de naturales, de frescura). Calidad percibida en base a las características del procesamiento (tecnología moderna y mantenimiento de las normas). Productos naturales y productos orgánicos. Productos con trazabilidad e identificación de origen. Los sistemas de trazabilidad se usan para lograr una identificación exacta y oportuna de los productos, su origen, su ubicación dentro de la cadena agroalimentaria y la posibilidad de determinar el origen de un problema de inocuidad alimentaria en forma rápida y eficiente. • Alimentos de calidad e inocuidad asegurada: seguridad a lo largo de la cadena, en los procesos y en los procedimientos de fabricación, distribución y almacenamiento con el fin de reducir riesgos. Alimentos con garantías de conservación. Gestión de riesgo, sistemas de aseguramiento de la calidad e inocuidad (HACCP, ISO 22000, etc.), sellos de calidad y aprobación de etiquetas como procedimiento de valoración de alimentos ligados al territorio. Credibilidad de la marca, etiquetado con informaciónmás precisa e individualizada y nuevos métodos de etiquetado más veloces y mejorados, así como otros canales de comunicación con los consumidores. Envases activos e inteligentes. • Productos orientados al cuidado de la salud y al bienestar: alimentos frescos, naturales y más nutritivos; productos de dieta (no sólo para el control de peso sino también para consumidores con requerimientos específicos como diabéticos, ancianos, bebés); productos saludables y más nutritivos (naturales, inocuos, simples, con menos sal, azúcar o grasa); mínimamente procesados; frescos cortados y envasados (frutas, vegetales de hojas verdes, legumbres); productos veganos; alimentos más nutritivos (fortificados o enriquecidos). 21 • Productos para alimentación controlada (control de peso, diabetes, ancianos, embarazadas, alérgicos, celiacos, etc.): productos dietéticos, bajas calorías (productos para el control del peso y dietas); productos conteniendo ingredientes para saciar el apetito o con propiedades para quemar calorías. • Alimentos funcionales (alimentos que contribuyen a mejorar la salud mas allá del efecto nutricional): el efecto funcional se puede obtener a través de la incorporación de compuestos al alimento, potenciando la actividad de componentes existentes o separando/degradando componentes dañinos para la salud; alimentos funcionales para mejorar el bienestar (mejora del rendimiento físico y mental, reducción del estrés, mejora del estado de la mente, reducción de la fatiga, aumento de la vitalidad); productos energéticos; alimentos de relajación; productos para el estado de ánimo; productos con propiedades cosméticas; productos con propiedades para retardar el envejecimiento. • Productos que proponen valorar la conveniencia y practicidad: los productos donde se debe hacer más foco son los productos listos para consumir y los snacks, sin perder de vista las propiedades sensoriales y de mejora de la salud, introduciendo estilos y prácticas de cocción más refinadas y variadas, aconsejados por el talento y creatividad de un buen chef. • Productos que promueven la sustentabilidad y la ética: esta tendencia adquiere dimensiones que trascienden las necesidades y los deseos individuales, y en cambio valora aspectos como consumo solidario, preocupación por el impacto del consumo en el medio ambiente, preocupación por el bienestar animal y por las prácticas éticas dentro de las empresas, entre otros. • Consumir haciendo el bien: productos que establecen vínculos con organizaciones humanitarias, los llamados productos de “comercio justo”, productos con sistemas de certificación de prácticas comerciales éticas, productos no asociados con el maltrato animal, productos que no pongan en peligro la preservación de especies en peligro de extinción, entre otros. 22 3.3.2. Innovación en productos alimentarios intermedios Los productos alimentarios intermedios son ingredientes o productos complementarios que cumplen funciones específicas una vez que han sido incorporados al alimento durante el proceso de elaboración y continuan presentes en el producto final, en su forma original o modificada. Dentro de este grupo se encuentran los aditivos, sustancias con/sin valor nutricional que son incorporadas a los alimentos con el objeto de prevenir cambios; preservar, incorporar o aumentar los aromas, el color o el sabor, modificando o manteniendo el estado físico del alimento. La perspectiva futura no indica un gran aumento del número y tipo de ingredientes, debido a las dificultades técnicas para el aislamiento y extracción de los mismos. Sin embargo, se espera que se haga énfasis en mejorar los métodos aplicados a los ingredientes ya conocidos con el objeto de aumentar la cantidad extraída y/o mejorar la calidad de la extracción. Se prevé un aumento pronunciado del uso de ingredientes naturales, con una producción que tiende a ser económica, social y ambientalmente sostenible. Se espera que se incremente el consumo de productos que contienen antioxidantes, vitaminas y minerales. Sin lugar a dudas las enzimas tendrán un rol decisivo en el futuro, ya que hoy su uso se limita sólo a algunos segmentos de la industria alimentaria. En general, se espera que el consumo de alimentos funcionales continúe su tendencia de creciendo en la próxima década, pero es aconsejable tener en cuenta la posibilidad de que haya presiones que los empujen en la dirección contraria, ya que la Unión Europea está realizando una revisión exhaustiva de las normas y reglamentos que rigen los productos funcionales. El uso de “bio” y “nano” ingredientes llegará, sin dudas, a revolucionar la industria alimentaria. Sin embargo, es muy incierto visualizar todos los usos que la biotecnología y la nanotecnología permitirán, en el futuro, en materia de desarrollo de productos alimentarios intermedios en particular y en la tecnología de alimentos en general3. 3 Ver en este documento dentro del capítulo 5 los temas 5.3: Biotecnología y 5.4: Nanotecnología. 23 Solo para citar algunas tendencias, se prevé lo siguiente. • Producción de ingredientes que toleren la variación de las temperaturas de procesamiento (almidones modificados, gomas, fibras, emulsificantes). • Aplicación de la modificación genética para el desarrollo de materias primas adaptadas a procesos tecnológicos específicos. • Producción, mejora y aplicación de conservantes naturales (bacteriocinas y lactoferrinas). • Obtención de ingredientes naturales, económica-social y ambientalmente viables (por ejemplo enzimas). • Uso de técnicas biotecnológicas para la fortificación de alimentos. • Combinación de ciencias técnicas genómicas y nutricionales para la identificación de biocompuestos activos, desarrollo de nuevos marcadores en alimentos. • Aplicación de nanotecnología y de tecnología de alimentos en el desarrollo de sistemas inteligentes para la absorción de ingredientes. • Uso de nanocápsulas como vehiculo para ingredientes y aditivos. 3.3.3. Innovación en envases El envase es una parte integral del producto y debe ser visto como un sistema apto para contener, proteger, preservar, comunicar y transportar, evitando pérdidas durante la fabricación, distribución y consumo. Los envases -además de la tradicional función de protección y preservación del producto- cumplen una importante función otorgando ventajas competitivas al producto, incrementando su valor y funcionalidad 24 a la vez que influyen en la frecuencia de consumo. En líneas generales se propone la sustitución de materiales tradicionales por nuevas alternativas, el desarrollo de envases flexibles con prestaciones mejoradas en materia de propiedades de barrera, de capacidad de cierre y apertura fáciles, de mantenimiento de la higiene, con asepsia mejorada y cuidado del ambiente. Uno de los objetivos principales de los envases es establecer un canal de comunicación entre el fabricante del producto y el consumidor. El diseño del envase debe dar al consumidor, además de funcionalidad, una experiencia sensorial. Innovaciones en las formas y tamaños, junto a nuevas técnicas de impresión, tienden a diferenciar los productos de la competencia, revitalizan las marcas y atraen al consumidor. El aumento de la indulgencia allanará el camino para los envases premium destinados a productos gourmet, preferiblemente ofrecidos en pequeñas porciones. El envase puede también ser utilizado como vehículo para el entretenimiento y la relación interactiva con las generaciones más jóvenes. En este sentido, se proponen envases sofisticados, conmemorativos, ediciones limitadas, con transparencias, con efectos estéticos, etc. En la búsqueda de comidas saludables, el envase debe actuar como una herramientade información al consumidor, como por ejemplo exponiendo la aprobación de asociaciones de la salud o programas de calidad de terceras partes así como información de tipo nutricional, indicando porciones de calorías limitadas. Se plantea la importancia del desarrollo de envases que favorezcan la retención de nutrientes durante la cocción. Las demandas de envases de conveniencia por parte del consumidor se relacionan con la facilidad de preparación en un tiempo corto y la posibilidad de consumir el producto en diferentes lugares, en porciones individuales y personalizadas. En cuanto a los requerimientos de confiabilidad y calidad del producto, existen varias tecnologías disponibles como por ejemplo transmisores de radio frecuencia (RFID) para la trazabilidad del producto, indicadores de frescura, absorbentes y emisores de 25 compuestos para el interior de los envases; envases inteligentes, con dispositivos de grabación e indicadores de humedad, temperatura, oxígeno, nivel de maduración, y microorganismos; o envases activos, con absorbedores de oxígeno, etileno y CO2, desecantes, emisores de etanol, antimicrobianos. Todas ellas son tecnologías que requieren mayores estudios para transformarlas en viables desde el punto de vista técnico y económico. Desde el punto de vista de la sostenibilidad ambiental, el envase (o sistema de embalaje) debe evaluarse a partir de un enfoque más amplio e integral, teniendo en cuenta el ciclo de vida completo, desde la extracción de la materia prima hasta la disposición final. Esto último incluye la preocupación de los consumidores respecto de los factores que afectan directamente al ambiente y la sociedad como, por ejemplo, la reducción del consumo de energía, el uso de materias primas renovables, el reciclaje y los programas para estimular la reutilización de envases post-consumo; la revalorización de los materiales; la reducción de emisiones; la reducción de residuos sólidos; el análisis del ciclo de vida de los productos para la determinación de la huella de carbono, etc. Es decir, el requerimiento de una responsabilidad social corporativa a través de toda la cadena productiva. 3.3.4. Legislación y nuevos productos La legislación como factor impulsor o restrictivo del desarrollo y la aplicación industrial de nuevas tecnologías es un agente fundamental en la relación de las empresas productoras de alimentos y los procesos de innovación (tanto en la gestión como en el desarrollo tecnológico). El marco regulatorio se transforma así en una herramienta que clarifica las acciones que una empresa puede abordar y supone una garantía para el consumidor, por lo tanto van a tener mayor impacto en productos alimentarios intermedios, nuevas tecnologías de preservación y procesamiento, envases (uso y comercialización de materiales biodegradables, reciclables y activos), biotecnología (inversión segura de 26 las empresas en este tipo de productos, generación de confianza en el consumidor, facilidad en la comercialización internacional), desarrollo de nuevos productos (desarrollo de alimentos funcionales o diferentes de los tradicionales requiere del desarrollo de un marco normativo específico), etiquetado (cualquiera de los desarrollos previos va a requerir información clara y precisa en las etiquetas que conduce a la modificación su contenido y formato, así como el desarrollo de metodologías para hacer más fácil y rápida la lectura y que permitan contener una mayor información). En este concepto se incluyen las Agencias de Inocuidad (Control) Alimentaria, cuyo objetivo fundamental es la protección de la salud pública, contribuyendo a que el alimento destinado al ser humano sea apto para el consumo, garantice la calidad nutricional y promueva la salud. La legislación no debe estar asociada al desarrollo de alguna tecnología en particular, sino que debe regular la aplicación y extensión del conjunto de tecnologías que se desarrollen. 3.4. Tecnologías emergentes de procesamiento El objetivo principal de las tecnologías emergentes es mantener la calidad sensorial y nutricional de los alimentos, mediante la reducción del tiempo total de tratamiento y la disminución de la exposición de los alimentos a temperaturas elevadas pero garantizando la inocuidad de los mismos. Estas tecnologías permiten obtener alimentos procesados con calidad sensorial y nutricional similar a los alimentos frescos o recién cocidos. A su vez, las mismas buscan minimizar el impacto ambiental de los procesos industriales mediante la disminución del consumo de energía y de agua y la reducción de efluentes. A las tecnologías emergentes las clasificaremos en tecnologías de procesamiento “térmico” y “no térmico”. Las primeras son aquellas en las cuales el cambio de temperatura es el factor principal de procesamiento. Asimismo, en las tecnologías no térmicas, la temperatura puede cambiar, en forma moderada, pero no es el principal factor involucrado en el procesamiento de los alimentos. 27 Tecnologías de procesamiento térmico El calentamiento es, probablemente, la forma más antigua de procesar los alimentos y ha sido usado por el hombre durante milenios. Sin embargo, la tecnología utilizada para calentar los alimentos durante su procesamiento ha tenido una evolución significativa fundamentalmente en el transcurso del siglo XX y hasta el presente. Las tecnologías como el calentamiento óhmico, calentamiento dieléctrico (microondas, radio-frecuencia) y calentamiento inductivo han sido desarrollados para reemplazar, o al menos complementar, los métodos tradicionales de calentamiento basados en la diferencia de temperatura como fuerza impulsora (conducción, convección y radiación). Todos ellos tienen en común que el calor es generado en el interior del alimento, lo cual tiene una incidencia directa tanto en la eficiencia energética como en el cambio de la temperatura. Calentamiento óhmico Éste sistema de calentamiento, también denominado calentamiento Joule, implica la circulación de corriente eléctrica a través del alimento, el cual se encuentra en contacto con electrodos cargados. Difiere de los otros métodos de calentamiento eléctrico al utilizar electrodos inertes en contacto con el alimento y aplicar frecuencias no restringidas (excepto las específicamente asignadas a microondas y radio-frecuencias) y también longitudes de onda no restringidas. El calor se genera en el interior de los alimentos por la resistencia eléctrica de los mismos, lográndose un calentamiento rápido y uniforme (penetra a través de todo el alimento en forma instantánea), en contraste con el calentamiento convencional por procesamiento térmico (conducción o convección). En consecuencia, la aplicación de este método de calentamiento permite obtener productos más uniformes, más estables y de mejor calidad sensorial y nutricional que los productos procesados térmicamente. En particular evita la sobre cocción, 28 característica central de los tratamientos térmicos de preservación de alimentos convencionales. Las aplicaciones potenciales del calentamiento óhmico incluyen la mayoría de los tratamientos térmicos: cocción, escaldado, deshidratación, evaporación, pasteurización y esterilización. Se puede aplicar en sistemas descontinuos (utilizados para cocción, por ejemplo de productos cárnicos) o en procesos continuos, los cuales son más apropiados para líquidos viscosos (particularmente los no newtonianos) y fluidos con partículas. Actualmente el calentamiento óhmico es utilizado a nivel industrial en América del Norte, Europa y Asia para el procesamiento aséptico de productos de alta o baja acidez conteniendo partículas, los cuales se comercializan como listos para consumir, presentan alta calidad y son estables a temperatura ambiente. Esta aplicaciónreemplaza a los tratamientos térmicos a ultra-alta-temperatura (UAT) especialmente en alimentos líquidos conteniendo partículas sólidas con tamaños superiores a 1–1,5 cm. En los tratamientos UAT convencionales, para garantizar la letalidad requerida en el punto frío de las partículas grandes, se debería sobre-procesar la fase líquida o procesar las dos fases por separado, utilizando sistemas complejos como los intercambiadores de doble cono. La aplicación del calentamiento óhmico en sistemas continuos de procesamiento aséptico también permite el procesamiento sin utilizar superficies de intercambio de calor y resulta ideal para productos sensibles a daños por cizallamiento, debido a que utiliza velocidades de flujo baja. El calentamiento óhmico es un proceso simple, con bajo costo de mantenimiento y de bajo impacto ambiental. Las principales desventajas son los costos de instalación elevados y la falta de información generaliza y de procedimientos de validación. Calentamiento mediante radiaciones electromagnéticas (microondas, radio- frecuencias e infrarrojo) En el caso de microondas y radio-frecuencia el calentamiento se produce debido a que la energía dieléctrica induce la fricción molecular de moléculas de agua. El 29 campo eléctrico alternando a alta frecuencia fuerza a las moléculas polares (por ejemplo agua) a realinearse constantemente. El movimiento molecular es muy rápido y produce la generación de calor en el interior del alimento debido a la energía disipada por la fricción molecular. Las frecuencias utilizadas en microondas pueden variar dependiendo de la aplicación y del país. Por ejemplo, en los Estados Unidos se aplican frecuencias de 2450 MHz para los hornos domésticos y 2450 y 915 MHz para sistemas industriales. En otros países las frecuencias utilizadas en microondas pueden ser 433,92 MHz, 896 MHz y 2375 MHz. En el caso de radio-frecuencia, las frecuencias autorizadas son 13,56; 27,12 y 40,68 MHz. El calentamiento por microondas es afectado significativamente por el contenido de humedad de los alimentos, resultando mejor el calentamiento cuanto mayor es el contenido de agua. En los dos métodos de calentamiento (microondas y radio-frecuencias) los microorganismos son inactivados fundamentalmente por efecto térmico y si bien puede existir un efecto de la radiación (componente no térmico) sobre la inactivación de los microorganismos, este efecto es despreciable para las condiciones operativas utilizadas normalmente. A su vez, ambas radiaciones no tienen la suficiente energía como para producir la ruptura de enlaces covalentes, por lo que ambas corresponden al grupo de energías no ionizantes. El calentamiento por microondas se aplica tanto a nivel doméstico (calentar alimentos preparados y líquidos y cocinar alimentos crudos) como industrial. Este método es bien conocido y aceptado por los consumidores. Las principales aplicaciones del calentamiento por microondas en el procesamiento de alimentos son recalentamiento, horneado (panificados), cocción, escaldado, atemperado (productos cárnicos), pasteurización (leche fluida), esterilización (productos preparados), secado (pastas, snacks, tortas de arroz inflado, trozos de cebolla) y liofilización. Las aplicaciones industriales orientadas a la preservación de alimentos son escasas. En Europa y Japón se comercializan algunos productos procesados por microondas. A su vez, en los Estados Unidos, la Food and Drug Administration (FDA) aprobó la esterilización por microondas en un sistema continuo (puré de batata envasado en forma aséptica) y en un sistema semicontinuo (para alimentos preenvasados). En 30 ambos casos la regulación de aplicación es la correspondiente a alimentos de baja acidez envasados. Los principales problemas asociados a la aplicación industrial del calentamiento por microondas son las dificultades vinculadas al control del proceso y al alto costo energético. Los cambios de las propiedades dieléctricas de los productos durante el calentamiento no están aun completamente entendidos o modelados y la validación de los procesos debe ser realizada en forma individual para cada producto, hechos que retardan la adopción de la tecnología a escala industrial. El calentamiento por radio-frecuencia presenta algunas ventajas en relación al calentamiento por microondas, como la penetración a mayor profundidad en el alimento (debido a que utiliza mayores longitudes de onda). Por otra parte, la construcción de sistemas de calentamiento de mayor capacidad es más simple en el caso de radio-frecuencia que en el calentamiento con microondas y su aplicación en procesos continuos es directa. El calentamiento por radiofrecuencia se presenta como una alternativa para alimentos particulados debido a la mayor velocidad y uniformidad del calentamiento y a la capacidad de penetración en el alimento. La adopción de esta tecnología por parte de la industria no se ha dado debido a la falta de información sobre propiedades dieléctricas de los alimentos, la necesidad de desarrollos que incorporen los avances tecnológicos y la evaluación apropiada de su potencial económico. En el caso del calentamiento por infrarrojo (IR), la energía es absorbida por el alimento y convertida en calor y su extensión depende de la superficie y del color del alimento. La conductividad térmica de los alimentos es un factor limitante en el calentamiento infrarrojo. La profundidad de penetración en el alimento es menor en el caso de la energía radiante (infrarrojo) que en la energía dieléctrica (microondas y radio-frecuencia). Se utiliza mayoritariamente para modificar la calidad sensorial de los alimentos (cambio de color, sabor y aroma), aunque recientemente se han evaluado, a escala piloto, diferentes tratamientos (combinados o secuenciales) orientados a la preservación de diversos productos: combinación de escaldado y 31 secado de productos frutihortícolas, aplicación secuencial de IR y liofilización de frutillas, pasteurización de almendras con IR, etc. Procesamiento sous vide Uno de los métodos tradicionales utilizado en Francia para la preparación de comidas es la cocción en papillote, la cual consiste en cocinar a los alimentos envueltos en papel apto para horno. Es así que en la década del 60, utilizando este concepto e impulsado por el desarrollo de envases plásticos seguros y estables aún a temperaturas elevadas, fue posible el desarrollo de la cocción sous vide. El chef Georges Pralus, en 1967, observó que envasando una terrina de fois gras en una bolsa plástica al vacío y sumergiéndola en un baño de agua caliente a temperatura controlada obtenía pérdidas de peso por cocción significativamente menores a la cocción tradicional. También observó una mejora en las propiedades sensoriales debido a que la película plástica formó una barrera que evitaba la pérdida de aromas causada por la evaporación y la preservación de la textura natural debido a la aplicación de bajas temperaturas de cocción. La tecnología sous vide integra el grupo de tecnologías denominadas cook-chill. Para diferenciarlas de las otras tecnologías de ese grupo, el Sous Vide Advisory Committee (SVAC, 1991) estableció la siguiente definición para ese sistema de cocción- pasteurización: “sous vide es un sistema en el que los alimentos crudos o parcialmente cocidos son envasados al vacío dentro de una bolsa o recipiente de laminado plástico, cocidos-pasteurizados en un sistema de cocción controlado, enfriados en forma rápida y finalmente almacenados a temperaturas de refrigeración, particularmente entre 0-3°C”. Dado que la tecnología de cocción-pasteurización sous vide es un sistema de procesamiento mínimo de los alimentos, en su formulación no contienen preservantes o bien están presentes en cantidades reducidas, en comparación con lasque normalmente utiliza la industria. Una de las ventajas principales del sistema 32 sous vide es que la cocción se realiza a temperaturas moderadas y en forma controlada (con variaciones de temperatura entre 0,5 y 1ºC). Este aspecto resulta relevante en la cocción de carnes de diferentes especies, debido a que la misma debe realizarse en rangos específicos de temperatura, a fin de minimizar el efecto sobre las proteínas miofibrilares y favorecer la solubilización del colágeno. Otra de las ventajas asociadas a la cocción bajo vacío es la extensión de la vida útil de los productos, ya que la baja presión de oxígeno inhibe el deterioro microbiológico y reduce la oxidación de los lípidos, ambos generadores de off-flavors durante el almacenamiento en frío. La calidad sensorial también se mantiene ya que previene las pérdidas por evaporación de agua y de compuestos volátiles (determinantes del flavor) durante la cocción. Además, se conserva la calidad nutricional de los alimentos debido a las menores pérdidas por oxidación o difusión de nutrientes, como las vitaminas. Otro aspecto fundamental del envasado al vacío es el ambiente anaeróbico que se genera, el cual promueve la ausencia de microflora aerobia alteradora. En estas condiciones se pueden desarrollar microorganismos patógenos anaerobios estrictos o facultativos. En la tecnología sous vide, los patógenos relevantes para el diseño del proceso térmico son los microorganismos formadores de esporos, Clostridium botulinum (tipo E y cepas no proteolíticas tipos B y F), C. perfringens y Bacilus cereus y, entre las células vegetativas, L. monocytogenes. En el caso de abuso de temperatura durante el almacenamiento serían relevantes Salmonella spp, Staphlylococcus aureus y Escherichia coli. Generalmente, en los productos sous vide, el pH, la actividad de agua y la concentración de sal presentan valores más elevados que los que limitan el crecimiento de estos microorganismos patógenos. Por esta razón, para garantizar la inocuidad de este tipo de alimentos, se utiliza una combinación de tratamiento térmico, temperatura de almacenamiento y limitación del tiempo de vida útil. En Europa, los protocolos de BPM para alimentos sous vide (ACMSF y Chilled Food Association) recomiendan asegurar una reducción de 6 ciclos logarítmicos (6D) de esporas de Clostridium botulinum no proteolítico (tipo B) mediante pasteurización térmica o combinación de tratamientos. Los tratamientos térmicos recomendados son relativamente severos, (90°C–10 min en el punto frío del 33 producto o tratamiento de letalidad equivalente), los cuales pueden comprometer la calidad sensorial del alimento. En América del Norte, las recomendaciones se basan en los principios y prácticas del sistema HACCP y sugieren a los procesadores aplicar combinación de diferentes barreras (tecnología de obstáculos), adecuadas a cada producto en particular, realizar ensayos de desafío para validar la eficacia de esas barreras y utilizar indicadores tiempo-temperatura para evaluar las condiciones de almacenamiento y distribución de los productos. En los Estados Unidos se recomienda diseñar el tratamiento de pasteurización para lograr 7 reducciones decimales de Salmonella spp en productos cárnicos (USDA) y 6 reducciones de L. monocytogenes en productos preparados con carne de pescado (FDA). Para lograr productos sous vide de vida útil extendida resulta necesario combinar el tratamiento de pasteurización térmica con otras barreras adicionales (ácidos orgánicos, sal). Otra alternativa que se ha utilizado en los últimos años, es congelar los productos luego de la pasteurización, lo que permite extender la vida útil en forma significativa y evitar los problemas de abuso de temperatura en la cadena de frío cuando los productos se comercializan en zonas geográficas extensas, como en América del Norte. Tecnologías de Procesamiento no Térmico Procesamiento con altas presiones El procesamiento con altas presiones, también denominado procesamiento con altas presiones hidrostáticas (APH) consiste en la aplicación de una presión constante, entre 100 y 900 MPa (megapascales) por tiempos cortos (<10 min), sin elevación significativa de la temperatura de los alimentos. En los equipos disponibles a escala industrial la máxima presión que se aplica es 600MPa, a temperatura ambiente o de refrigeración. Si bien existen equipos para tratamiento semicontinuo de alimentos fluidos a granel (por ejemplo, jugos de frutas), la mayoría de los equipos disponibles son de tipo discontinuo, para el tratamiento de alimentos sólidos, semisólidos o 34 líquidos envasados. Los alimentos que incluyen aire en su estructura como pan o mousse no se pueden tratar con altas presiones porque se afectaría su estructura debido a la diferencia en la compresibilidad entre el alimento y el aire. Tampoco se aplica a alimentos con actividad de agua muy baja (frutas secas, especias). Asimismo, los envases deben ser flexibles para asegurar la transmisión de la presión (no se utilizan envases de vidrio o metal). En general, las APH a temperaturas de refrigeración o ambiente producen la inactivación de microorganismos vegetativos y enzimas, sin modificar los atributos sensoriales y las propiedades nutricionales (particularmente vitaminas) de los productos. Es por ello que su característica más importante es la conservación de la “frescura” de los alimentos. Además, los tratamientos con APH permiten duplicar o triplicar la vida útil de los alimentos respecto a los productos no tratados. En relación a la inactivación de microorganismos vegetativos patógenos, las altas presiones permiten alcanzar importantes reducciones decimales en los recuentos de Listeria monocytogenes, Escherichia coli y Samonella spp. Es por ello que en 2006, el Food Safety and Inspection Service (FSIS, USDA, Estados Unidos) reconoció a la alta presión como un tratamiento de pasteurización post-envasado adecuado para lograr productos listos para consumir (feteados/porcionados/pelados) libres de L. monocytogenes, en combinación con un agente antimicrobiano (Listeria rule Alternative I). A su vez, los tratamientos con APH satisfacen el requerimiento de la Food and Drug Administration (FDA, Estados Unidos) de asegurar cinco reducciones decimales de microorganismos patógenos (particularmente E. coli O157:H7) en jugos. La combinación de alta presión y temperatura permite inactivar esporos bacterianos. En este sentido, en 2009 la FDA aprobó un proceso de esterilización térmica asistido por alta presión, que fue enmarcado en la regulación para alimentos envasados de baja acidez. Este proceso aprovecha el calentamiento rápido y uniforme hasta la temperatura final deseada, que se produce durante la compresión cuasi adiabática hasta la presión prefijada. A su vez, luego de unos pocos minutos (tiempo de mantenimiento), la presión es liberada (descompresión) y la temperatura del producto 35 retorna al valor original. Este proceso resulta menos severo sobre la calidad sensorial y nutricional de los alimentos que la esterilización térmica convencional. En la actualidad, en los países desarrollados, se comercializan más de 150 productos tratados mediante la tecnología APH. La aplicación comercial más importante es la pasteurización fría y la mayor cantidad de productos comerciales son productos de origen vegetal (incluyendo jugos) así como productos cárnicos y en menor proporción alimentos de origen marino y productos lácteos. Resulta importante la cantidad de jugos premium, licuados y purés de frutas y hortalizas tratados con APH disponibles en los países desarrollados. Varios de esos productos son elaborados a partir de materias primas orgánicas y en su preparación no se incorporan aditivos, aprovechando la estabilidad que le otorga el tratamientocon APH, sumado a la ventaja de la alta calidad sensorial y nutricional (alto contenido de vitaminas) de la materia prima. A su vez, se destaca la cantidad de productos listos para consumir producidos en base a carnes preparadas de diferentes formas (curadas, marinadas, cocidas). En estos productos también se aprovecha la posibilidad que brinda la tecnología APH en relación a la reducción o eliminación de agentes conservantes (etiquetado limpio), para ofrecer al mercado productos más naturales. En el caso de algunos productos de origen marino la tecnología se utiliza a nivel comercial para optimizar la separación de la carne de conchas y caparazones (ostras, langostas, etc.). En relación a los productos lácteos, parecería poco probable que la tecnología APH desplace en el futuro próximo a los tratamientos térmicos como tecnología de pasteurización de leche fluida. Sin embargo habría algunos nichos de productos lácteos para los cuales el tratamiento térmico resulta inadecuado y para los que se podría mejorar la inocuidad y extender vida útil a través de las altas presiones, por ejemplo en quesos frescos y quesos preparados con leches crudas. Debido al efecto sobre las macromoléculas, las altas presiones pueden inducir efectos específicos en la textura y microestructura de un determinado alimento, por lo que se utilizan también para el desarrollo de nuevos productos y optimizar procesos convencionales de la industria de los alimentos. En este sentido, se han 36 realizado varios estudios para evaluar el efecto de la tecnología de altas presiones sobre el tiernizado y curado de carnes y madurado de quesos. Además se ha aplicado la tecnología APH como etapa previa a operaciones unitarias o procesos industriales convencionales como escaldado o deshidratación de productos frutihortícolas, extracción ó infusión de compuestos activos en productos vegetales, etc. A su vez, pueden ser aplicados otros procesos convencionales durante el tratamiento con APH, como por ejemplo, gelación, congelación (pressure shift freezing) y descongelación (pressure assisted thawing). Cabe señalar que todas estas aplicaciones especiales de las altas presiones han sido estudiadas a escala de laboratorio o planta piloto pero no han sido incorporadas a nivel industrial hasta el presente. Uno de los principales inconvenientes asociados a la tecnología APH es el carácter discontinuo de los sistemas, lo que determina que la producción sea baja. Otro inconveniente es que el costo de inversión es elevado. En relación a este aspecto, en los Estados Unidos existen algunas empresas que ofrecen el servicio de tratamiento APH y la logística asociada. En consecuencia, empresas medianas y pequeñas pueden acceder a esta tecnología para el tratamiento de sus productos sin la necesidad de grandes inversiones. Por último, debe señalarse que la tecnología APH consume menos energía que las tecnologías convencionales de procesamiento térmico, por lo que los productos tratados con altas presiones resultan competitivos a nivel comercial. Campos eléctricos pulsados La tecnología basada en campos eléctricos pulsados de alta intensidad (sigla en inglés PEF) es un método de preservación de naturaleza no térmica basada en la aplicación de campos eléctricos para inactivar microorganismos patógenos y controlar microorganismos alteradores en alimentos líquidos o semilíquidos. Esta tecnología se limita a productos que puedan ser transportados por bombas para su tratamiento continuo, ya que los sistemas discontinuos resultan caros e ineficientes. 37 A su vez, la aplicación a alimentos sólidos en polvos resulta ineficaz debido a la baja fuerza dieléctrica del aire y la reducida humedad de los materiales. Sin embargo, la tecnología PEF ha sido aplicada con éxito a alimentos semisólidos (yogur, arroz con leche), líquidos viscosos y líquidos con partículas suspendidas (caviar en solución salina, sopa de arvejas), siempre que puedan ser bombeados. Mediante la tecnología PEF, pueden ser inactivadas la mayoría de las células vegetativas, aunque los esporos bacterianos son más resistentes y existe controversia sobre la efectividad de esta tecnología en su inactivación. Este aspecto se presenta como un obstáculo para la aplicación de PEF en la esterilización comercial de alimentos. El mecanismo de inactivación de los microorganismos por efecto de los campos eléctricos pulsados aun no ha sido completamente establecido, pero la mayoría de los trabajos en este campo sugieren que los PEF producen la disrupción de la membrana celular. La ventaja principal de la tecnología PEF, en relación a la pasteurización térmica, es la retención del color, sabor (flavor), textura y valor nutricional de los productos frescos (no tratados), asegurando similar nivel de inocuidad que la pasteurización. La preservación de los atributos sensoriales y las propiedades nutricionales se debe a que el tratamiento se realiza a temperaturas moderadas, a menudo a temperatura ambiente. Resulta además particularmente interesante en el procesamiento de productos que contienen componentes sensibles al calor, como proteínas del suero e inmunoglobulinas. Otra ventaja importante es su bajo costo operativo en relación a los tratamientos térmicos. En este método, el alimento es ubicado en una cámara de tratamiento que dispone de dos electrodos conductores montados sobre un material no conductor. Se aplica un pulso de alto voltaje a los electrodos para inducir un campo eléctrico de alta intensidad sobre el alimento ubicado entre los electrodos. El pulso generado por la descarga de energía eléctrica desde un capacitor es extremadamente corto (1-100 microsegundos), mientras el intervalo entre descargas es comparativamente largo (1 milisegundo). El número de pulsos puede variar de 1 a 100 y el tiempo de tratamiento total es generalmente inferior al un segundo. La intensidad del campo eléctrico es directamente proporcional al voltaje aplicado a través de los electrodos e 38 inversamente proporcional a la distancia entre los electrodos. La tecnología PEF usualmente requiere voltajes en el rango 20 a 60 kV. Los campos eléctricos tienen un efecto volumétrico, asegurando una aplicación rápida y homogénea del principio letal a través de todo el producto tratado. En estudios de laboratorio y planta piloto, la aplicación de la tecnología PEF ha resultado exitosa en la extensión de vida útil de jugos de frutas, huevo líquido y leche, como un sustituto o complemento de la pasteurización térmica. Si bien actualmente están disponibles equipos PEF a escala industrial (existen al menos tres compañías que producen equipos tanto a escala piloto como comercial), han sido escasas las aplicaciones comerciales de esta tecnología en el campo de la preservación de alimentos. El primer producto comercial fue una línea de jugos de frutas pasteurizados mediante PEF, los cuales fueron introducidos en Oregon (Estados Unidos) en agosto de 2005 por la empresa Genesis Juice Corporation, luego que el producto fue aprobado por la FDA. En 2007, la empresa quebró y vendió la marca comercial y actualmente los jugos Genesis Juice (orgánicos) disponibles en el mercado son pasteurizados mediante la tecnología APH. Otras aplicaciones de la tecnología PEF que han sido exploradas son la extracción de contenido celular, a través del aumento de la permeabilidad de la membrana celular. Este efecto ha sido aprovechado para incrementar el rendimiento en la producción de jugos de frutas, mejorar la extracción de componentes de interés comercial (pigmentos, flavors) e incrementar la eficiencia de extracción en el proceso de producción de azúcar a partir de remolacha. Otras aplicaciones que se evaluaron fueron la infusión asistida (con PEF) de solutos en tejidos biológicos y la descontaminación
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