Micotoxinas bajo presión

El plasma atmosférico no térmico como estrategia para reducir el riesgo de su presencia en los alimentos

Mirella Alonso, Ángel Francés, Marcia Oliveira, Avelino Álvarez-Ordóñez y Mercedes López* * mmlopf@unileon.es

Departamento de Higiene y Tecnología de los Alimentos. Instituto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos, Universidad de León, España https://doi.org/10.66192/yfgez1i

Resumen

Las micotoxinas son metabolitos secundarios tóxicos producidos por diversos hongos filamentosos que contaminan gran variedad de alimentos. Debido a su estabilidad química, su amplia distribución y sus efectos adversos sobre la salud representan uno de los riesgos químicos más importantes para los consumidores. Recientemente, se ha demostrado el potencial del plasma atmosférico no térmico (PANT) como una estrategia eficiente para degradar diversas micotoxinas, incluyendo aflatoxinas, deoxinivalenol, zearalenona, ocratoxina A, fumonisinas y toxina T-2, sin ejercer efectos adversos en los atributos de calidad de los alimentos. No obstante, la eficacia de los tratamientos depende de las condiciones de generación y aplicación del PANT, así de la estructura química de las micotoxinas y de ciertas características de los alimentos.

1. Introducción

Las micotoxinas son compuestos de bajo peso molecular producidos como metabolitos secundarios por varios centenares de especies de mohos, principalmente pertenecientes a los géneros Aspergillus, Fusarium, Penicillium, Alternaria y Claviceps (Mateo et al., 2025).

Aunque en la actualidad se conocen unas 400 micotoxinas estructuralmente diferentes, las de mayor relevancia en los alimentos (Tabla 1) son

- las aflatoxinas (AF), en especial las variantes B1, B2, G1 y G2, siendo los principales responsables de su producción Aspergillus flavus y A. parasiticus;

- las ocratoxinas, particularmente la ocratoxina A (OTA), asociada a diversas especies de Aspergillus y Penicillium;

- la patulina (PAT), generada principalmente por P. expansum;

- los tricotecenos, de tipo A, como las toxinas T-2 y HT-2 o el diacetoxiscirpenol (DAS), y de tipo B, como el deoxinivalenol (DON) y sus derivados acetilados (3-ADON, 15-ADON), el nivalenol (NIV) o la fusarenona-X (FUS);

- la zearalenona (ZEA),

- las fumonisinas (FUM), especialmente la fumonisina B1 (FB1) y B2 (FB2), producidas por Fusarium spp.; y

- la citrinina (CIT), generada por Penicillium spp., Aspergillus spp. y Monascus spp.

- Los alcaloides del cornezuelo del centeno, denominados alcaloides ergóticos (AEs), que incluyen ergocristina, ergotamina, ergocornina, ergocriptina α y β, ergometrina, ergosina y sus correspondientes epímeros «inina», son sintetizados por Claviceps spp., en particular por C. purpurea.

- Por su parte, Alternaria spp. es responsable de la producción de altenueno, alternariol, éteres metílicos de alternariol, altertoxinas y ácidos tenuazónicos (Horky et al., 2018).

- Además, en los últimos años están recibiendo una especial atención las denominadas “micotoxinas emergentes”, como la fusaproliferina, la moniliformina, la beauvericina y las eniatinas, producidas, fundamentalmente, por diferentes especies de Fusarium, aunque también tienen la capacidad de sintetizarlas diversas especies pertenecientes a otros géneros de mohos, incluyendo Penicillium, Aspergillus, Eupenicillium, Paecilomyces y Byssochlamys (Hojnik et al., 2017).

La exposición a micotoxinas suele producirse a través del consumo de alimentos contaminados.

Una gran proporción de los cultivos agrícolas son susceptibles a enfermedades fúngicas, estando, por lo tanto, expuestos al riesgo de contaminación por micotoxinas. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), hasta un 25 % de los cultivos están contaminados con micotoxinas, aunque cada vez son más frecuentes los estudios en los que se señala que la proporción afectada podría ser muy superior a esta cifra (Streit et al., 2013; Kovalsky et al., 2016; Eskola et al., 2019).

El aumento de las temperaturas, especialmente durante la primavera y el invierno en climas templados, podría favorecer la colonización fúngica y, en consecuencia, incrementar los niveles de micotoxinas en los productos agrícolas (de Santis et al., 2017). Entre los cultivos más afectados se encuentran los cereales, como el trigo, la cebada, el centeno, el sorgo, la avena, el maíz y el arroz (Lee y Ryu, 2017), lo que resulta especialmente preocupante dado que estos

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productos aportan más de la mitad de las calorías que los seres humanos consumimos diariamente.

Aunque la mayor parte de las micotoxinas mencionadas se han detectado en múltiples cereales y sus harinas (Tabla 1), algunas predominan especialmente en un producto concreto (dos Santos et al., 2021; Giannioti et al., 2023). Así, por ejemplo, en un estudio reciente en el que se evaluó la presencia de micotoxinas en 200 muestras de harina de trigo, se puso de manifiesto que el deoxinivalenol y la zearalenona fueron las más prevalentes, detectadas en el 100 % y el 50 % de las muestras, respectivamente (dos Santos et al., 2021). Por su parte, los frutos secos y las frutas contienen principalmente aflatoxinas, ocratoxina A y citrinina. Por otra parte, algunas micotoxinas tienden a asociarse de manera específica con determinados productos, por ejemplo, las aflatoxinas suelen encontrarse en semillas de algodón y productos lácteos; y la ocratoxina A es común en café y vino (Bennett y Klich, 2003).

Además, la contaminación de los piensos también puede suponer un riesgo adicional para los consumidores debido a la posible transferencia de micotoxinas a los productos de origen animal (leche, carne, huevos y derivados).

La contaminación de alimentos con micotoxinas representa un riesgo para la salud humana y animal (Tabla 1), dado que estas sustancias pueden desencadenar múltiples efectos perjudiciales (Hojnik et al., 2017; Liu et al., 2022; Hamad et al., 2023), como la inducción del cáncer y mutagenicidad, así como alteraciones de procesos fisiológicos, incluidos los relacionados con la homeostasis estrogénica o la función gastrointestinal y renal. Además, diversos estudios han demostrado que determinadas micotoxinas ejercen un marcado efecto inmunosupresor, disminuyendo la capacidad del organismo para responder eficazmente frente a agentes infecciosos.

Las micotoxinas pueden producir estos efectos toxicológicos por su exposición a largo plazo y algunas presentan, asimismo, efectos agudos como el deoxinivalenol, cuya ingestión puede desencadenar náuseas, vómitos y alteraciones en la absorción de nutrientes, incluso tras una corta exposición (Juraschek et al., 2022).

Además de representar una amenaza para la salud humana y animal, las micotoxinas presentes en los piensos afectan negativamente el rendimiento de los animales destinados a la producción de alimentos, lo que supone un importante problema económico para los ganaderos. De hecho, la exposición a estos compuestos provoca una reducción del crecimiento, una disminución de la producción de huevos y leche, una menor eficiencia reproductiva y una mayor susceptibilidad al estrés.

En resumen, la contaminación de los alimentos y piensos por micotoxinas es una preocupación mundial constante, representando, además, un gran desafío para la seguridad alimentaria y, aunque se han propuesto numerosas estrategias para controlar su presencia en diferentes productos, no existen, por el momento, soluciones definitivas.

Tabla 1. Toxinas de mayor relevancia en los alimentos

Micotoxinas

Aflatoxinas

AFB1, AFB2, AFG1, AFG2, AFM1

Ocratoxina

OTA, OTB, OTC

Fumonisinas

FB1, FB2, FB3

Tricotecenos

Tipo A: Toxina T-2, Toxina

HT-2, diacetoxiscirpenol

Tipo B: deoxinivalenol, nivalenol, 3- y 15acetildeoxinivalenol

Zearalenona

Patulina

Alcaloides ergóticos ergocristina, ergotamina, ergocornina, ergocriptina, ergometrina, ergosina y sus correspondientes epímeros «inina»

Citrinina

Principales especies fúngicas productoras Alimentos contaminados

Aspergillus spp: A. flavus, A. parasiticus, A. nomius, A. bombycis, A. seudotamari, A. ochraceoreus

Aspergillus spp. y Penicillium spp.: A. ochraceus, A. aliaceus, A. auricomus, A. carbonarius, A. glaucus, A. meleus, A. niger, P. nordicum, P. verrucosum

Fusarium spp.: F. verticillioides, F. proliferatum, F. napiforme, F. dlamini, F. nygamai

Fusarium sporotrichioides, F. langesethiae, F. acuminatum, F. poae

Fusarium graminearum, F. culmorum, F. poae

Fusarium spp.: F. graminearum, F. culmorum, F. cerealis, F. equiseti, F. verticillioides, F. incarnatum

Penicillium expansum, P. setosum, Aspergillus spp., Byssochlamys spp.

Claviceps spp.: C. purpurea

Cereales, semillas, frutos secos, especias

Frutas, cerveza, vino, zumos, café

Toxicidad

Carcinogenicidad

Altenueno, Alternariol, Éteres metílicos de alternariol, Altertoxina, Ácido tenuazónico

Eniatinas

Beauvericina

Moniliformina

Penicillium spp.,

Aspergillus spp., Monascus spp.

Alternaria spp.

Fusarium spp.: F. avenaceum

Beauveria bassianae, Fusarium spp

Fusarium spp.:

Maíz y derivados

Cereales (maíz, trigo, cebada, arroz, centeno y mijo)

Nefrotoxicidad, mutagenicidad, carcinogenicidad

Citotoxicidad, carcinogenicidad

Inhibición de la síntesis de ADN, ARN y proteínas; náuseas, vómitos, diarrea, pérdida de peso y de apetito, inflamación de la piel, vómitos y daño hepático.

Cereales Disrupción endocrina

Frutas (manzanas y derivados)

Granos de centeno, trigo, cebada, mijo y avena

Cereales, especias y productos derivados, frutas y frutos secos, legumbres, aceitunas

Cereales, semillas oleaginosas, tomate, manzanas, cítricos

Trigo

Trastornos inmunitarios, neurotóxicos y gastrointestinales

Neurotoxicidad, disrupción endocrina

Nefrotoxicidad, hepatotoxicidad

Teratogenicidad

Genotoxicidad

Cereales (maíz, trigo, cebada) ND

Cereales (maíz, trigo, cebada, avena y productos derivados)

ND: No descrito; Adaptada de Hojnik et al. (2017) y Hamad et al. (2023)

Hematotoxicidad, cardiotoxicidad

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2. Técnicas convencionales de control de micotoxinas en los alimentos

La mitigación de micotoxinas en la cadena alimentaria requiere un enfoque integral, combinando estrategias preventivas con tecnologías posteriores de eliminación. Las intervenciones en campo constituyen la primera línea de prevención, dado que la síntesis de micotoxinas suele iniciarse durante el crecimiento del cultivo. Entre las prácticas más relevantes destacan la selección de variedades resistentes, la rotación de cultivos, el manejo adecuado del riego y la fertilización para evitar situaciones de estrés hídrico o nutricional, así como la aplicación de programas de control de plagas que minimicen el daño tisular y, con ello, la colonización por hongos toxigénicos.

Tras la cosecha, las estrategias preventivas continúan enfocadas en inhibir el crecimiento fúngico. Un secado rápido y eficaz de los granos de cereales, por ejemplo, hasta humedades seguras, complementado con un almacenamiento bajo condiciones controladas de temperatura, ventilación y humedad relativa, resulta esencial para limitar la proliferación de Aspergillus, Fusarium y Penicillium. El empleo de atmósferas modificadas, agentes antifúngicos autorizados y sistemas de vigilancia continua contribuye adicionalmente a mantener la estabilidad y la inocuidad del producto durante su almacenamiento.

Cuando las micotoxinas ya están presentes en los alimentos, es necesario recurrir a estrategias de descontaminación o degradación de estos compuestos transformándolos en metabolitos menos tóxicos, habiéndose propuesto una amplia gama de métodos químicos, físicos y biológicos (Misra et al., 2019). Algunos métodos químicos, como los tratamientos con amoniaco, ácidos, ozono, bisulfito sódico e hidróxido de calcio, aunque son eficaces, no satisfacen los criterios de inocuidad alimentaria, particularmente en lo referente a la ausencia de productos residuales con seguridad toxicológica demostrada y retención del valor nutritivo de los alimentos tratados. Las micotoxinas pueden ser degradadas por diversos microorganismos y enzimas, por lo que, en principio, la descontaminación biológica parece atractiva, pero este enfoque puede presentar ciertas limitaciones, ya que estos agentes utilizarían los nutrientes de los alimentos para su crecimiento y/o se generarían metabolitos indeseables. En comparación con los métodos químicos y biológicos, la descontaminación física parece más prometedora. Entre los métodos físicos destacan la clasificación manual/automática, el tamizado, la limpieza, la molienda o el descascarillado, así como los tratamientos térmicos, la luz UV y las radiaciones ionizantes. Aunque los métodos de separación permiten reducir el contenido de algunas micotoxinas, desafortunadamente son poco fiables, laboriosos, requieren mucho tiempo e inadecuados para aplicaciones en línea (Misra et al., 2019). Por su parte, los tratamientos térmicos y de irradiación presentan una eficacia limitada debido a la elevada estabilidad química de muchas micotoxinas y, además, ocasionan alteraciones sensoriales y nutricionales en los alimentos, requieren condiciones de tratamiento, en muchos casos, drásticas y elevan los costes de implementación industrial. Por ello, la industria alimentaria sigue buscando una tecnología, rápida y eficaz, de degradación de micotoxinas, capaz de reducir de forma sustancial el riesgo asociado a la presencia de estos compuestos tóxicos sin afectar los atributos de calidad de los productos durante el tratamiento de descontaminación. Recientemente, se ha propuesto el plasma atmosférico no térmico (PANT) como una técnica eficiente para el control de micotoxinas y hongos productores de micotoxinas (Chen et al., 2022; Wielogorska et al., 2019).

3. Plasma atmosférico no térmico

La tecnología de plasma atmosférico no térmico (PANT) se basa en la utilización de gases excitados que se generan tras la exposición del gas, en condiciones ambientales de temperatura y presión, a una descarga eléctrica. Este proceso induce una serie de fenómenos de ionización, disociación y excitación electrónica que dan lugar a un medio altamente reactivo constituido, además de fotones UV, por una compleja mezcla de especies químicas (electrones, iones, radicales libres, átomos y moléculas en estados excitados), incluyendo diversas especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, como el radical hidroxilo, superóxido, ozono, peróxido de hidrógeno, oxígeno singlete, óxido nítrico, dióxido de nitrógeno, nitrito o nitrato, con energía suficiente para romper enlaces covalentes e iniciar diversas reacciones químicas, cuyos efectos resultan determinantes para las aplicaciones industriales de esta tecnología (López et al., 2019). En efecto, tanto la actividad antimicrobiana del PANT como su capacidad para degradar moléculas bioquímicas complejas, incluidas las micotoxinas, derivan de la singular mezcla de especies químicas reactivas que lo constituyen. Además, esta tecnología ofrece ventajas relevantes, entre ellas, su gran efectividad a temperatura ambiente, reducido coste del equipo, bajo consumo energético, mínimo impacto medioambiental y escasa repercusión en el valor nutritivo y las propiedades organolépticas y funcionales de los alimentos. En definitiva, estas características han impulsado un notable interés científico por el PANT como herramienta innovadora para el control de micotoxinas en los productos agroalimentarios.

4. Control de micotoxinas por plasma atmosférico no térmico

El PANT se ha identificado como una tecnología sumamente prometedora para mitigar el riesgo químico asociado a las micotoxinas en los alimentos por su capacidad, no sólo de degradar estas sustancias tóxicas, sino también de inactivar los mohos responsables de su producción.

La potencialidad del PANT para la degradación de micotoxinas se puso de manifiesto por primera vez por Park et al. en 2007. Estos autores observaron que un tratamiento, de tan sólo 5 segundos, con un plasma de argón era capaz de degradar completamente la aflatotoxina B1, el deoxinivalenol y el nivalenol depositadas sobre una superficie de vidrio. Un año después, Basaran et al. (2008) comprobaron que esta tecnología también resultaba efectiva cuando se aplicaba directamente a los alimentos. Los resultados obtenidos mostraron que la exposición de diversos frutos secos (avellanas, cacahuetes y pistachos), durante 20 minutos, a un plasma de aire, permitía reducir, aproximadamente a la mitad, la concentración total de aflatoxinas (B1, B2, G1, G2), no observándose, además, cambios adversos en los atributos de calidad evaluados, olor, aspecto, textura y aceptación general. Posteriormente, numerosos investigadores han confirmado la capacidad de esta tecnología para degradar éstas y otras micotoxinas (deoxinivalenol, zearalenona, ocratoxina A, las toxinas T-2 y HT-2, esterigmatocistina, fumosina B1, eniatinas) en los frutos secos, así como en otros alimentos, incluyendo granos de distintos cereales y de café, harinas y leche (Siciliano et al., 2016; Shi et al., 2017; ten Bosch et al., 2017; Durek et al., 2018; Hajnal et al., 2019; Casas-Junco et al., 2019; Wielogorska et al., 2019; (Feizollahi et al., 2020; Puligundla et al., 2020; Feizollahi y Roopesh, 2021; Iqdiam et al., 2021; Nguyen et al., 2022), sin afectar negativamente su calidad, aunque la efectividad alcanzada descrita varía ampliamente. Por ejemplo, el tratamiento de los granos de trigo con un plasma de aire durante 8 minutos permitió reducir el contenido de deoxinivalenol en un 30 %, sin ejercer

efectos relevantes en la estructura cristalina del almidón ni en el contenido en proteínas solubles y vitaminas E y B1, (Chen et al., 2022). De forma similar, la exposición de la harina de trigo a la acción de un plasma de aire, durante un tiempo tan corto como 3 minutos, era capaz de reducir, entre un 54,5 % y un 73,8 %, tres de las toxinas producidas por Alternaria y más comúnmente detectadas en los granos de trigo (alternariol, éter monometílico de alternariol y tentoxina), aunque en el estudio no se evaluó el impacto del tratamiento sobre los atributos de calidad de la harina (Hajnal et al., 2019). Asimismo, se ha comprobado que esta tecnología puede utilizarse para degradar la aflatoxina M1 en leche desnatada, ya que se ha conseguido alcanzar, tras 20 minutos de tratamiento e independientemente del nivel de contaminación, una reducción superior al 60 %, sin originar cambios significativos en el color de la leche, aunque se observó una ligera acidificación (Nguyen et al., 2022).

Aunque la literatura recoge algunos trabajos orientados a esclarecer cómo el PANT ejerce su acción degradativa sobre las micotoxinas, el mecanismo exacto aún no se ha dilucidado. No obstante, los datos disponibles indican que la degradación de las micotoxinas resulta de la acción combinada de diversas especies químicas reactivas generadas durante la ionización de los gases, incluyendo el ozono, el peróxido de hidrógeno y el radical hidroxilo, que desencadenarían una serie de procesos fisicoquímicos, fundamentalmente de naturaleza química (Wang et al., 2025; Shi et al., 2017; Chen et al., 2022; Hojnik et al., 2021). Estos compuestos participarían, dependiendo de la estructura química particular de cada micotoxina, en reacciones de oxidación, de ruptura de enlaces o, incluso, de apertura de anillos aromáticos que contribuyen en su toxicidad. Por ejemplo, en el caso de la aflatoxina B1, se ha demostrado que la oxidación selectiva del doble enlace entre las posiciones 8 y 9 del anillo de furano terminal inducida por el PANT provoca la pérdida de grupos funcionales que resultan críticos para su citotoxicidad y genotoxicidad (Hojnik et al., 2021). Para moléculas más resistentes como el deoxinivalenol, se ha observado, tras la aplicación de un tratamiento por PANT, la ruptura parcial de dobles enlaces (C8=C9) y modificaciones en los grupos funcionales epoxi e hidroxilo, lo que se ha traducido, asimismo, en una reducción de su toxicidad (Feizollahi y Roopesh, 2021; Chen et al., 2022).

A pesar de que en la mayoría de los escasos estudios publicados se ha comprobado que los productos resultantes de la degradación de las micotoxinas por PANT no resultaban tóxicos, debería realizarse, en cada caso, un importante esfuerzo investigador en su caracterización, con el fin de verificar su seguridad y estabilidad.

Además de la efectividad del PANT para degradar micotoxinas, la tecnología también es capaz de inactivar una amplia variedad de microorganismos, incluyendo las células vegetativas y esporas de mohos productores de micotoxinas, como Aspergillus parasiticus, Aspergillus flavus, Aspergillus niger y Fusarium oxysporum (Panngom et al., 2014; Ouf et al., 2015; Dasan et al., 2016; Devi et al., 2017). Aunque tampoco se conoce con precisión el mecanismo de inactivación microbiano del PANT, también se considera que son las especies químicas reactivas las principales responsables del efecto letal, habiéndose señalado que éstas ejercerían un ataque directo sobre diversas estructuras y macromoléculas celulares, incluyendo las envolturas celulares, el ADN y las proteínas (Devi et al., 2027; López et al., 2019). De hecho, son diversos los autores que consideran los daños inducidos en las envolturas celulares como la principal causa de la pérdida de viabilidad celular, al ejercer estos compuestos un potente efecto oxidativo y físico, provocando alteraciones en la composición química y organización

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ultraestructural de las membranas, lo que modificaría su permeabilidad e, incluso, su integridad (Devi et al., 2017). Además, los daños a este nivel facilitarían la invasión de las especies reactivas y el ataque a otros componentes sensibles, como el ADN y las proteínas, acelerando, por tanto, el proceso de inactivación microbiana (Ouf et al., 2015; López et al., 2019).

5. Factores que determinan la degradación de micotoxinas por PANT

La degradación de micotoxinas por PANT depende de diversos factores, intrínsecos y extrínsecos, que determinan la generación, disponibilidad y acción de las especies químicas reactivas responsables de su eficacia. Entre ellos, destacan los parámetros de generación y aplicación del PANT, la composición del gas precursor, las propiedades de las micotoxinas y la naturaleza de la matriz alimentaria (Figura 1).

1. Principales factores que determinan la eficacia del PANT en la degradación de micotoxinas

5.1. Parámetros de generación del PANT

Se ha demostrado repetidamente que los parámetros utilizados en la descarga eléctrica aplicada para la ionización de los gases de trabajo determinan marcadamente la efectividad de esta tecnología. Así, se ha descrito que un aumento de la potencia, el voltaje y la frecuencia de excitación, por su contribución a la cantidad de energía transferida al plasma, consiguen mayores tasas de degradación de micotoxinas. Por ejemplo, en el caso de la aflatoxina B1, se ha observado que un aumento de la potencia de 100 a 300 W (Wang et al., 2015) o de 400 a 1150 W (Siciliano et al., 2016), así como de la frecuencia de 0,5 a 1,5 kilopulsos por segundo (Sakudo et al., 2017) permite incrementar su degradación, desde un 58,2 % a un 88,3 % tras un tratamiento de 10 minutos, desde un 50,6 % al 83,2 % tras someter a avellanas contaminadas a

Figura

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la acción del PANT durante 4 minutos, y desde un 67,8 % a un 93, 8% tras 15 minutos de tratamiento, respectivamente. Por su parte, Nguyen et al. (2022) y Chen et al. (2022) fueron capaces de incrementar, en unas 8-10 veces, la cantidad de aflatoxina M1 y deoxinivalenol degradados en leche desnatada y granos de trigo, respectivamente, cuando el voltaje del tratamiento aplicado cambió de 60 a 80 V o de 30 a 50 kV.

Resultados en la misma línea se han obtenido con un aumento de la intensidad de la corriente aplicada (Puligundla et al., 2020). Estos autores encontraron que un aumento de tan solo 0,5 amperios, de 1 a 1,5 A, era capaz de disminuir, del 12,0 % al 4,4 %, los niveles residuales de flatoxina B1 presentes tras su exposición, durante 30 minutos, a la acción de un plasma generado a partir de aire.

5.2. Composición del gas precursor del PANT

Otras variables para considerar en la efectividad de los tratamientos por PANT para la degradación de micotoxinas son la composición del gas de trabajo, así como su humedad relativa. Se han empleado diversos gases, tales como nitrógeno (Siciliano et al., 2016; Kis et al., 2020; Feizollahi y Roopesh, 2021; Chen et al., 2022), helio (Casas-Junco et al., 2019; Wielogorska et al., 2019), argón (Park et al., 2007; Chen et al., 2022), dióxido de carbono (Durek et al., 2018; Chen et al., 2022), oxígeno (Chen et al., 2022) mezclas de diferentes gases (Siciliano et al., 2016; Shi et al., 2017; Durek et al., 2018; Feizollahi y Roopesh, 2021; Nguyen et al., 2022), siendo el aire (ten Bosch et al., 2017; Durek et al., 2018; Puligundla et al., 2020; Feizollahi y Roopesh, 2021; Iqdiam et al., 2021; Chen et al., 2022; Nguyen et al., 2022), por razones económicas y logísticas, el más ampliamente utilizado. Aunque a partir de los estudios existentes se pone de manifiesto que todos ellos dan lugar a plasmas que resultan eficaces en la degradación de diferentes micotoxinas, incluyendo aflatoxinas, ocratoxina A, deoxinivalenol, zearalenona o toxinas T-2 y HT-2, en distintos frutos secos y cereales, granos de café o leche, no se conoce cuál es el más eficaz.

Siciliano et al. (2016) al comparar el efecto ejercido en la degradación de la aflatoxina B1 utilizando 4 gases diferentes (nitrógeno puro y tres mezclas distintas de nitrógeno y oxígeno) para la generación de plasma, comprobaron que, en las mismas condiciones de ionización, el plasma de nitrógeno puro resultó el más eficaz, siendo capaz de degradarla totalmente tras un tratamiento de 4 minutos. Sin embargo, esta efectividad disminuyó al aumentar la concentración de O₂ en el gas de trabajo, resultando prácticamente ineficaz tras una exposición de 4 min cuando el contenido de oxígeno aumentó al 21%. Resultados en la misma línea han sido descritos por Wielogorska et al. (2019), que observaron que los plasmas generados a partir de helio resultaban más eficaces en la degradación de seis micotoxinas (aflatoxina B1, fumonisina B1, ocratoxina A, deoxinivalenol, zearalenona y eniatina B) que los obtenidos al mezclar helio con pequeñas proporciones de oxígeno. Esta pérdida de eficacia provocada por la incorporación de oxígeno en los gases de trabajo se ha relacionado con el hecho de que los electrones interactuarían con el oxígeno electronegativo, generando radicales de oxígeno y ozono, lo que disminuiría la densidad del plasma y, en consecuencia, su efectividad. En cualquier caso, está ampliamente aceptado que el tipo y la cantidad de especies químicas reactivas generadas en el PANT dependen marcadamente de lanaturaleza del gas de trabajo. Por ejemplo, Iqdiam et al. (2021) midieron, mediante espectroscopia de emisión óptica, diversas especies químicas reactivas generadas en los plasmas obtenidos con diversos gases precursores,

observando que los plasmas de aire presentaban, en comparación con los producidos a partir de nitrógeno o mezclas de nitrógeno y oxígeno, una mayor concentración de especies reactivas de oxígeno y de nitrógeno, como óxidos de nitrógeno (NOx, NO, NO₂), peróxido de hidrógeno (H₂O₂) y O₃, que parece que desempeñan un papel importante en la degradación de micotoxinas por acción del PANT.

Además, se ha señalado que la humedad relativa del gas de trabajo determina el grado de degradación de micotoxinas alcanzado, aunque los resultados obtenidos resultan aparentemente contradictorios. Así, se ha descrito que un aumento de la humedad relativa del aire del 5 % al 80 % mejora la degradación de la aflatoxina B1, del 66,4 % al 80,4 %, en granos de maíz, lo que se atribuyó a una mayor formación de radicales hidroxilo, que presentan un gran poder oxidante (Shi et al., 2017). Sin embargo, no se ha observado una mejora significativa en la degradación de deoxinivalenol en granos de cebada cuando la humedad relativa del aire empleado para la generación del PANT aumentó del 12 % al 60 % (Feizollahi et al., 2020). Este fenómeno podría estar relacionado con el hecho de que humedades excesivamente altas podrían debilitar el plasma, reducir la intensidad de las descargas y/o crear capas superficiales de agua sobre los sustratos contaminados que bloquearían la actividad de las especies químicas reactivas, disminuyendo la eficacia global (Du et al., 2020).

5.3. Condiciones de aplicación del PANT

Asimismo, la duración del tratamiento y la distancia existente entre el punto donde se genera el plasma y la muestra son variables críticas en la eficacia de los tratamientos por PANT. Son diversos los estudios en los que se ha comprobado que la prolongación del tiempo de exposición favorece la acumulación progresiva de especies químicas reactivas, lo que conduce a una mayor degradación de micotoxinas (Wang et al., 2015; Siciliano et al., 2016; Sakudo et al., 2017; Ten Bosch et al., 2017; Casas-Junco et al., 2019; Hajnal et al., 2019; Feizollahi et al., 2020; Puligundla et al., 2020; Nguyen et al., 2022). Por ejemplo, se ha observado que un aumento del tiempo de tratamiento de 1 a 4 minutos puede suponer un aumento adicional en la eliminación de aflatoxinas de más de un 60 %, incrementando del 22,1 % al 86,3 % (Siciliano et al., 2016).

Por el contrario, son numerosos los investigadores que han comprobado que, cuanto mayor es la distancia existente entre la muestra y el electrodo, menos eficaz resulta esta tecnología en la degradación de micotoxinas. Así, Hajnal et al. (2019) al evaluar la eficacia de los tratamientos con PANT para reducir el contenido de alternariol (AOH), éter monometílico de alternariol (AME) y tentoxina (TEN) en harina de trigo blanco, que fue expuesta a la acción del plasma a cuatro distancias diferentes (6, 21, 36 y 51 mm) del punto de su generación, observaron que, en todos los casos, los máximos niveles de reducción (60,6 %, 73,8 % y 54,5 %, respectivamente) se obtuvieron cuando las muestras se colocaron a una distancia de 6 mm. Resultados similares han sido obtenidos para la aflatoxina B1 por Puligundla et al. (2020). Estos autores describieron que, tras un tratamiento de 30 minutos, una reducción de este espacio, de 35 a 15 mm, permitía mejorar las tasas de degradación conseguidas para la micotoxina, aumentando desde un 83,7 % a un 95,6 %. Aunque se desconoce la causa de la pérdida de eficacia que experimentan los tratamientos cuando la separación existente entre la muestra y el electrodo aumenta, el comportamiento se ha atribuido a la pérdida de alguna de las especies químicas reactivas del plasma, lo que dificultaría la degradación. Así, mientras que a distancias cortas las micotoxinas estarían expuestas simultáneamente a la acción de especies gaseosas de vida corta y de vida

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larga, a distancias mayores, ya fuera del campo eléctrico, las especies reactivas de vida corta se recombinarían antes de alcanzar el sustrato, por lo que sólo las especies químicas de vida larga interaccionarían con las micotoxinas, reduciendo así la eficacia del proceso de degradación.

5.4. Propiedades de las micotoxinas

Las características químicas y estructurales de las micotoxinas determinan su susceptibilidad al tratamiento con PANT. Se ha descrito que las moléculas con estructuras compactas, especialmente aquellas con anillos aromáticos condensados, muestran mayor resistencia a la degradación, debido a la estabilidad conferida por sus enlaces y fuerzas intramoleculares. Sin embargo, las micotoxinas con estructuras menos rígidas o con grupos funcionales susceptibles a la oxidación suelen degradarse con mayor rapidez (Siciliano et al., 2016; Ten Bosch et al., 2017; Wielogorska et al., 2019). Por ejemplo, Ten Bosch et al. (2017) observaron que la esterigmatocistina, caracterizada por una estructura química de anillos aromáticos condensados, se degradaba más lentamente que otras micotoxinas, como la fumosina B1, constituida por una larga cadena alifática. En el caso de las aflatoxinas (AF) se ha puesto de manifiesto que las AFB1 y AFG1 son más susceptibles al tratamiento con PANT que las AFB2 y AFG2, a pesar de compartir características estructurales similares, lo que se ha atribuido a la mayor sensibilidad que muestran las variantes con dobles enlaces (AFB1 y AFG1) a la acción del ozono y otras especies químicas reactivas (Siciliano et al., 2016).

Además, el estado físico de la micotoxina también determina significativamente la efectividad de los tratamientos, resultando más eficaz la degradación de estos compuestos cuando se encuentran en solución. Así, Feizollahi y Roopesh (2021) demostraron para la zearalenona que, cuando este compuesto se encontraba en solución, una exposición, durante 30 segundos, a la acción del plasma logró su completa eliminación, mientras que, en estado seco, un tratamiento idéntico tan sólo permitió alcanzar una tasa de degradación del 66,8 %. La mayor eficacia observada en las soluciones parece estar relacionada con los efectos producidos por la interacción del plasma con el medio líquido. Esta interacción no solo provoca su acidificación mediante la formación de ácido nitroso (HNO₂) y ácido nítrico (HNO₃), sino que también da lugar a la formación de diversas especies químicas secundarias altamente reactivas, como peroxinitritos y radicales hidroxilo e hidroperoxilo, que intensificarían la acción degradativa del PANT Feizollahi y Roopesh (2021).

5.5. Naturaleza de la matriz alimentaria

Las características superficiales (rugosidad, porosidad, presencia de irregularidades) de los sustratos en los que se encuentran las micotoxinas durante los tratamientos por PANT determinan marcadamente el grado de degradación logrado. En este sentido, se ha demostrado en varias ocasiones que, en superficies lisas y pulidas, como vidrio, la degradación suele ser más rápida y eficiente, mientras que, en superficies porosas, rugosas y con la presencia de irregularidades, como son las de los alimentos, las micotoxinas pueden estar protegidas o menos expuestas a la acción de las especies químicas reactivas (Siciliano et al., 2016; Puligundla et al., 2020; Hojnik et al., 2021; Chen et al., 2022). Por ejemplo, se ha comprobado que la degradación de aflatoxina B1 en arroz y trigo tras un tratamiento de 30 minutos fue relativamente baja, entre el 45 y el 56 %, en comparación con la observada cuando la micotoxina se depositó en portaobjetos de vidrio, 95 % (Puligundla et al., 2020).

Además de la topografía superficial de los sustratos, su contenido de humedad también parece que es un factor que juega un papel importante en la degradación de las micotoxinas. Así, recientemente se ha demostrado que tras incrementar el contenido de agua en los granos de trigo del 8 % al 20 %, la tasa de degradación del deoxinivalenol aumentó del 9,6 % al 36,1 % (Chen et al., 2022). Los autores relacionaron este fenómeno con el hecho de que el incremento de humedad favorecería la interacción de las especies químicas reactivas generadas en el plasma con las moléculas de la toxina, acelerando así su proceso de degradación.

6. Conclusión

Aunque el PANT ha demostrado una gran capacidad para degradar micotoxinas en el laboratorio, su implementación industrial aún presenta limitaciones. Las propiedades heterogéneas de los alimentos, la escasa penetración de las especies químicas reactivas y la posible competencia con otros componentes presentes en los productos tratados pueden influir notablemente en la eficacia del proceso. Por ello, se deberían orientar los esfuerzos a optimizar los parámetros de operación y a comprender cómo interactúan con la estructura y estabilidad de las micotoxinas. En definitiva, el PANT se ha identificado como una tecnología sumamente prometedora para reducir el riesgo que plantean estas sustancias, aunque todavía requiere consolidación para su implementación industrial.

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