Combinación de tecnologías de envasado con la aplicación de aceites esenciales en la conservación de alimentos frescos M. J. Paris* y A. López-Malo Departamento de Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental, Universidad de las Américas Puebla. Ex hacienda Santa Catarina Mártir, C.P. 72810, San Andrés Cholula, Puebla, México.
Resumen La combinación de aceites esenciales con sistemas de envasado activo o en atmósfera modificada está siendo investigada como una alternativa para el control del deterioro microbiano en alimentos frescos. Por eso, el propósito de este trabajo fue revisar el estado del arte de dicho tema, además de proveer información relevante y reciente sobre aspectos relacionados con la actividad antimicrobiana de aceites esenciales y con los sistemas de envasado mencionados. Los aceites esenciales, destacando los de tomillo, romero y clavo, presentan una notoria efectividad antimicrobiana contra mohos, levaduras y bacterias. Además, la utilización de aceites esenciales (incorporados en polímeros tales como almidón o polietileno) en sistemas de envasado activo resulta en la reducción o completa inhibición del crecimiento microbiano. Al combinar aceites esenciales con diferentes condiciones de atmósfera modificada, se reduce el deterioro por microorganismos en alimentos frescos, extendiéndose su vida de anaquel. Palabras clave: aceite esencial · actividad antimicrobiana · envasado activo · atmósfera modificada
Abstract The combination of essential oils with active packaging or modified atmosphere is being investigated as an alternative for the control of microbial spoilage in fresh food. Therefore, the purpose of this review was to examine the state of the art of this topic, in addition to providing relevant and recent information on related aspects about essential oils, antimicrobial activity, and active and modified packaging. After the review, it is emphasized that essential oils from thyme, rosemary and clove essential oils, present remarkable antimicrobial activity against molds, yeasts and bacteria. Furthermore, their application (impregnated in polymers such as starch or polyethylene) in active packages, results in microbial growth reduction or complete inhibition. On the other hand, the combination of essential oils with different modified atmosphere conditions reduces microbial spoilage in fresh food, extending their shelf life. Keywords: essential oil · antimicrobial activity · active packaging · modified atmosphere
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Programa de Doctorado en Ciencias de Alimentos Tel: +52 222 229 2126 Dirección electrónica: maria.dasilvagabrielaparisdl@udlap.mx maria.barcenas@udlap.mx
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Introducción La disponibilidad de alimentos frescos, incluyendo los listos para consumir, ha aumentado en los últimos años, debido a la creciente demanda por productos no procesados y al estilo de vida acelerado de la sociedad actual. Sin embargo, los alimentos frescos presentan una vida de anaquel bastante reducida, en parte debido a la acción microbiana. Los aceites esenciales, como antimicrobianos naturales, son una alternativa a los antimicrobianos sintéticos y su potencial antimicrobiano es, actualmente, objeto de amplio estudio. Por otro lado, la selección cuidadosa de sistemas de envasado adecuados para cada tipo de alimento fresco es fundamental para garantizar las condiciones óptimas de almacenamiento del alimento. El envasado activo y el envasado en atmósfera modificada son dos sistemas que han demostrado ser efectivos en el control antimicrobiano. Asimismo, se ha investigado la posibilidad de combinar el potencial de los aceites esenciales con los sistemas de envasado activo o en atmósfera modificada, para la preservación de alimentos. Motivándose en lo descrito anteriormente, la revisión de aspectos relacionados con la actividad antimicrobiana de aceites esenciales y su combinación con sistemas de envasado activo o en atmósfera modificada será el enfoque principal de esta revisión.
Revisión bibliográfica 1. Aceites esenciales: actividad antimicrobiana Los aceites esenciales son metabolitos secundarios de plantas y se encuentran constituidos por un conjunto de compuestos volátiles, generalmente de bajo peso molecular, responsables de su bioactividad (Reyes-Jurado, Franco-Vega, Ramírez-Corona, Palou y López-Malo, 2015; Ribeiro-Santos, Andrade, de Melo y Sanches-Silva, 2017a). Pueden ser encontrados en pequeñas cantidades en diversos órganos de la planta, tales como flores, brotes, frutos, tallos, raíces, semillas y hojas. Juegan un papel importante en la protección de la planta, actuando como antibacterianos, antifúngicos, antivirales, insecticidas, o bien, protegiéndolas de los herbívoros. Así, cuando son aplicados en alimentos, desarrollan un papel semejante, actuando como agentes antimicrobianos, además de poseer otras propiedades. Su composición, influida por factores genéticos, fisiológicos y ambientales, y por el método de extracción, va a repercutir en su actividad antimicrobiana (Quesada, Sendra, Navarro y Sayas-Barberá, 2016). Normalmente, el compuesto mayoritario del aceite esencial es el responsable de su
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actividad antimicrobiana, aunque compuestos minoritarios también puedan actuar de forma sinérgica en la potencialización de dicha actividad (Ribeiro-Santos et al., 2017a). Los aceites esenciales constituidos mayoritariamente por compuestos fenólicos (por ejemplo, carvacrol, timol y eugenol), aldehídos y alcoholes son, normalmente, más efectivos en el control microbiano (Turgis, Han, Borsa y Lacroix, 2008; Gómez-Heincke, Martínez, Partal, Guerrero y Gallegos, 2016). Por el contrario, los aceites esenciales ricos en linalool presentan, regularmente, menor poder antimicrobiano (Turgis et al., 2008). Los aceites de tomillo (Thymus vulgaris) y romero (Rosmarinus officinalis), por ejemplo, presentan un contenido de fenoles elevado, con efecto antimicrobiano comprobado contra bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. El timol y el p-cimeno son los principales componentes del aceite esencial de tomillo (45.90 y 26.59%, respectivamente); mientras que α-pineno, camfor y eucaliptol (23.98, 22.62 y 18.76%, respectivamente) son los compuestos mayoritarios del aceite esencial de romero (Giarratana et al., 2016). El aceite esencial de albahaca, eficaz contra determinadas bacterias, es también rico en eugenol, con aproximadamente 35% de la composición del aceite (Arfat, Benjakul, Vongkamjan, Sumpavapol y Yarnpakdee, 2015; Siriwardana, Abeywickrama, Kannangara, Jayawardena y Attanayake, 2017). La lipofilicidad del aceite esencial es un aspecto importante que considerar cuando se aborda el tópico de su actividad antimicrobiana, ya que la facilidad del aceite para traspasar la membrana celular del microorganismo es tanto mayor cuanto mayor sea dicha propiedad. Cuando el aceite esencial cruza la membrana, la desestabiliza, pudiendo ocurrir pérdidas moleculares a través de ésta; además, puede interferir con las actividades enzimáticas de la célula. En el caso de las bacterias, puede ocurrir un colapso de la bomba de protones o coagulación del citoplasma, y verse afectado el material genético (Han, Patel, Kim y Min, 2014; Reyes-Jurado et al., 2015). Varios aceites han sido probados, exitosamente, en el control antimicrobiano, tanto en sistemas in vitro, como en alimentos. La tabla I muestra un conjunto de trabajos recientes desarrollados con el objetivo de evaluar la actividad antifúngica de aceites esenciales. Se puede observar que los aceites esenciales de tomillo, romero, clavo, mostaza y canela son de los más utilizados para la inhibición del crecimiento de mohos. Varios trabajos han analizado la actividad antimicrobiana de los aceites esenciales en fase vapor, un enfoque que ha demostrado ser bastante efectivo en el control microbiano. Por otro lado, la combinación sinérgica de diferentes aceites presenta muchas veces una disminución de la concentración mínima inhibitoria,
Tabla I. Concentración mínima inhibitoria (cmi) de diferentes aceites esenciales evaluados en alimentos o en sistemas modelo, por adición directa o en fase vapor Aceite esencial
Clavo y mostaza
Clavo y mostaza (mezcla)
Microorganismo
Botrytis cinerea
Medio
PDA¹
Tipo de adición
CMI
Vapor
92.56 µL/Laire (clavo) y 15.42 µL/Laire (mostaza)
Vapor
46.28 µL/Laire (clavo) y 1.93 µL/Laire (mostaza) 11.57 µL/Laire (clavo) y 1.93 µL/Laire (mostaza)
Botrytis cinerea
PDA¹
Clavo y mostaza (mezcla)
Botrytis cinerea
Fresa (Fragaria x ananassa)
Vapor
Mostaza
Aspergillus niger
PDA¹
Directo
Mostaza
Aspergillus niger
PDA¹
Mostaza
Aspergillus ochraceus y Penicillium citrinum
Mostaza
Referencias
Aguilar-González et al. (2015)
Aguilar-González et al. (2015)
Aguilar-González et al. (2015)
4 µL/mL
Mejía-Garibay et al. (2015)
Vapor
41.1 µL/Laire (10 días)
Mejía-Garibay et al. (2015)
PDA¹
Directo
2 µL/mL
Mejía-Garibay et al. (2015)
Aspergillus ochraceus
PDA¹
Vapor
41.1 µL/Laire (20 días)
Mejía-Garibay et al. (2015)
Mostaza
Penicillium citrinum
PDA¹
Vapor
41.1 µL/Laire (10 días)
Mejía-Garibay et al. (2015)
Cáscara de naranja (Citrus sinensis)
Aspergillus flavus
PDA¹
Directo
16000 mg/L
Velázquez-Nuñez et al. (2013)
Cáscara de naranja (Citrus sinensis)
Aspergillus flavus
PDA¹
Vapor
8000 mg/L
Velázquez-Nuñez et al. (2013)
Clavo
Botrytis cinerea
PDA¹
Directo
300 ppm
Vesaltalab et al. (2012)
Romero
Botrytis cinerea
PDA¹
Vapor
300 ppm
Vesaltalab et al. (2012)
Clavo
Botrytis cinerea
Uva (Vitis vinifera L. cv. Thompson)
Vapor
450 ppm
Vesaltalab et al. (2012)
Romero
Botrytis cinerea
Uva
Vapor
450 ppm
Vesaltalab et al. (2012)
Canela
Colletrotrichum gloeosporioides
PDA¹
Directo
0.075%
Sefu et al. (2015)
Jengibre (Zingiber officinale)
Colletrotrichum gloeosporioides
PDA¹
Directo
0.045%
Sefu et al. (2015)
Menta (Mentha piperita)
Macrophomina phaseolina
PDA¹
Directo
975 ppm
Khaledi et al. (2015)
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Tabla I. Continuación. Concentración mínima inhibitoria (cmi) de diferentes aceites esenciales evaluados en alimentos o en sistemas modelo, por adición directa o en fase vapor Aceite esencial
Microorganismo
Medio
Tipo de adición
CMI
Referencias
Alcaravea negra (Bunium persicum)
Macrophomina phaseolina
PDA¹
Directo
950 ppm
Khaledi et al. (2015)
Tomillo
Macrophomina phaseolina
PDA¹
Directo
1150 ppm
Khaledi et al. (2015)
Tomillo
Brochothrix thermosphacta
TSB²
Directo
0.05%
Nowak et al. (2012)
Romero
Brochothrix thermosphacta
TSB²
Directo
0.5%
Nowak et al. (2012)
1: Agar papa dextrosa 2: Caldo triptona de soya
lo que representa una ventaja económica por el uso de menor cantidad de aceite esencial para lograr el mismo efecto (Aguilar-González, Palou y López-Malo, 2015)
2. Tecnologías de envasado para alimentos frescos 2.1 Aspectos generales del envasado de alimentos frescos La selección del sistema de envasado ideal para un determinado alimento fresco depende de la estabilidad y grado de procesamiento que presenta el alimento, de su contenido de conservadores y de las condiciones de almacenamiento a las que se encuentra expuesto (Gazalli et al., 2013). En el caso particular de las frutas y verduras frescas, una vez cosechadas están sujetas a cambios de calidad, principalmente si son sometidas a procedimientos tales como pelado, corte y/o rebanado. Éstos aceleran la velocidad de respiración y la producción de etileno, afectando la calidad de las frutas y verduras. Por otro lado, el almacenamiento en presencia de aire acelera el deterioro de la fruta o verdura, porque ésta tiende a perder o ganar humedad, y se promueven reacciones de oxidación y el crecimiento de microorganismos aerobios (Soltani, Mobli, Alimardani y Mohtasebi, 2015). Por esto, es conveniente almacenar las frutas y verduras en atmósferas modificadas (Hodges y Toivonen, 2008) o en envases activos (por ejemplo, con removedores de etileno o de oxígeno) (Biji,Ravishankar, Mohan y Srinivasa Gopal, 2015; Wyrwa y Barska, 2017). Por otro lado, la temperatura también afecta su calidad, por lo que normalmente se almacenan a bajas temperaturas para minimizar los daños poscosecha (Hodges y Toivonen, 2008). El material de envase utilizado en el almacenamiento de frutas y verduras frescas varía desde cartón
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o papel, hasta plásticos tales como el polietileno de baja densidad (ldpe), polietileno de alta densidad (hdpe), polipropileno (pp), etilvinilacetato (eva), etilen-vinil-alcohol (evoh), cloruro de polivinilo (pvc) y poliestireno (ps) (Scetar, Kurek y Galic, 2010). En el caso de las carnes frescas, han sido ampliamente conservadas en atmósfera modificada y a temperaturas de refrigeración (4 °C) (Schmid, Saengerlaub y Mueller, 2016). Entre los materiales de envase usados para la carne fresca, se encuentran el polietileno de baja densidad (ldpe), etilvinilacetato (eva), etilen-vinil-alcohol (evoh), cloruro de polivinilo (pvc) y poliestireno (ps) (Gazalli et al., 2013). 2.2 Envasado activo Por envase activo se entiende aquel que complementa las funciones de un envase tradicional por presentar funciones adicionales, además de ser un simple contenedor/protector. En este tipo de sistema, el envase, el alimento y el ambiente interactúan entre sí combatiendo condiciones adversas causantes de deterioro. Como resultado se logra una mayor seguridad antimicrobiana y/o que las propiedades sensoriales se mantengan adecuadas por más tiempo, aumentando la vida de anaquel del producto (Sen, Mishra y Srivastav, 2012; Wyrwa y Barska, 2017). El sistema activo puede ser parte integral del envase (cuando, por ejemplo, se incorporan elementos activos en el material del envase), o constituir un elemento adicional introducido en el envase (por ejemplo, cuando se añade un sachet adsorbente o emisor en el interior del envase) (Sen et al., 2012). En lo que se refiere al mecanismo de acción, los envases activos pueden contener elementos adsorbentes o absorbedo-
res de compuestos indeseables en el interior del envase, o elementos para la liberación controlada de compuestos deseados (Wyrwa y Barska, 2017). Aunque en esta sección se abordarán la adsorción, absorción y emisión de diferentes componentes separadamente, en muchos casos es importante el control simultáneo de varios parámetros implicados en el deterioro, ya que éste puede resultar de la combinación de diferentes causas. 2.2.1 Sistemas de adsorción o de absorción Los sistemas de adsorción o de absorción permiten la remoción, del ambiente del envase, de compuestos indeseables e involucrados en el deterioro de alimentos. Estos compuestos pueden ser oxígeno, agua, dióxido de carbono, etileno, compuestos responsables de impartir aroma y sabor u otros. 2.2.1.1 Oxígeno La remoción de oxígeno utilizando sistemas de envasado activo de adsorción es de las prácticas más utilizadas en este ámbito. Sistemas removedores de oxígeno involucran la oxidación de compuestos de hierro (el más común), de ácido ascórbico, de colorante fotosensible, de enzimas o de ácidos grasos saturados (Charles, Sanchez y Gontard, 2006; Biji et al., 2015). Éstos son incluidos dentro de sachets permeables al oxígeno, colocados dentro del envase (Wyrwa y Barska, 2017). 2.2.1.2 Humedad En cuanto a los controladores de humedad, pueden ser absorbentes poliméricos higroscópicos (inserto u hoja) conteniendo dos o más capas que sean eficaces en la absorción de líquidos. Por otro lado, los controladores de humedad pueden ser reguladores de humedad relativa (sachets o etiquetas) conteniendo agentes deshidratantes. Los adsorbentes de humedad más sencillos son los de gel de sílice, zeolita, fibra de celulosa o cloruro de sodio, capaces de mantener un nivel de humedad tal en el envase, que no permite el desarrollo de mohos (Wyrwa y Barska, 2017). 2.2.1.3 Dióxido de carbono Por lo que toca al dióxido de carbono, su presencia puede ser deseable o indeseable. En los casos en que su presencia no es apreciada, por ejemplo, debido a reacciones de deterioro y respiración, se procede a su remoción. Esto es normalmente llevado a cabo por óxido o hidróxido de calcio, impregnado en gel de sílice, dispuesto en un sachet poroso (Charles et al., 2006; Wyrwa y Barska, 2017). Wang, An, Rhim y Lee (2017)
probaron exitosamente una combinación de polímero súper absorbente de poliacrilato con sachet de carbonato de sodio, para la remoción simultánea de humedad y de dióxido de carbono del ambiente del envase. 2.2.1.4 Etileno Por su parte, el etileno, considerado una foto-hormona de frutas y vegetales, acelera el grado de respiración y, consecuentemente, la maduración y ablandamiento de éstas. El óxido de aluminio, el permanganato de potasio incrustado en gel de sílice, el paladio incorporado a carbón activado y la arcilla de zeolita, son utilizados, inmovilizados en sachets, para la mitigación del deterioro por el etileno (Sen et al., 2012; Biji et al., 2015; Wyrwa y Barska, 2017). 2.2.1.5 Otros Componentes volátiles tales como aldehídos, aminas y sulfitos, responsables por olores de degradación dentro de envases, pueden ser selectivamente removidos, usando sachets conteniendo níquel y carbón activado (Biji et al., 2015). El polvo de dióxido de silicio es útil en la adsorción de etanol (normalmente producido cuando frutas o verduras son empacadas en ambiente con bajo contenido de oxígeno) (Mahajan, Caleb, Singh, Watkins y Geyer, 2014; Otoni, Espitia, Avena-Bustillos y McHugh, 2016). 2.2.2 Sistemas de emisión Un grupo importante de los envases activos son los que contienen emisores activos, a través de compuestos capaces de inhibir reacciones adversas dentro del envase. En este caso, la migración de compuestos con propiedades activas es intencionalmente promovida (Ribeiro-Santos et al., 2017b). Éstos son importantes, por ejemplo, para el control del crecimiento microbiano, a través de la emisión de dióxido de azufre, dióxido de carbono, etanol u otros antimicrobianos. Los emisores también pueden difundir olores o sabores, con el objetivo de enmascarar olores indeseables o de intensificar los deseados (Wyrwa y Barska, 2017). 2.2.2.1 Dióxido de carbono La incorporación del dióxido de carbono a envases activos tiene el objetivo de detener o suprimir el crecimiento microbiano o de reducir la tasa de respiración de alimentos frescos. Se ha estimado que una concentración de dióxido de carbono de 10 a 80% (v/v) dentro del envase, es ideal para que se observen los efectos de conservación deseados. Su emisión es posible por medio del uso de sachets porosos conteniendo ascorbato o bicarbonato de sodio. Los emisores de dióxido de carbono normalmente
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se usan en combinación con los de adsorción de oxígeno, para un mejor control del deterioro microbiano (Trindade, Villanueva y Antunes, 2013; Biji et al., 2015). 2.2.2.2 Antimicrobianos Los envases activos antimicrobianos tienen como finalidad extender la fase lag e inhibir el crecimiento de los microorganismos. El efecto inhibitorio resulta de la migración de compuestos con capacidad antimicrobiana, del sistema de envasado al alimento. El antimicrobiano puede ser incorporado en el propio material del envase o dispuesto dentro de él. Los sistemas de envase antimicrobiano más comunes están basados en compuestos de plata. Sin embargo, una tendencia reciente es la incorporación de antimicrobianos naturales, y éstos incluyen desde aceites esenciales (por ejemplo, clavo, romero, tomillo, entre otros) o extractos de plantas (por ejemplo, extracto de granada y de semillas de uva), hasta agentes de origen microbiano tales como nisina, natamicina y pediocina (Duran et al., 2016; Gómez-Heincke et al., 2016). Los envases activos antimicrobianos compuestos por aceites esenciales serán abordados con más detalle en otra sección de este artículo. Los envases activos antimicrobianos surgen como una alternativa a la adición directa del antimicrobiano en la superficie del alimento. Esta última presenta el inconveniente de que el potencial del componente activo podría neutralizarse rápidamente en contacto con el alimento, o que la difusión del antimicrobiano al alimento podría ser muy rápida (Biji et al., 2015; Wyrwa y Barska, 2017). Por otro lado, al ser añadidos directamente al alimento, algunos antimicrobianos podrían aportar sabores que resulten desagradables al consumidor. Es importante resaltar que, si el envase es un revestimiento o recubrimiento, el antimicrobiano se encuentra prácticamente en contacto directo con el alimento. Los sistemas de envasado activo antimicrobianos corresponden al grupo más vasto de emisores y su éxito depende de la porosidad o permeabilidad del material que contiene el antimicrobiano y de la volatilidad de éste (Otoni et al., 2016). En este sentido, pruebas de migración, realizadas bajo condiciones que imitan las del almacenamiento del producto, proporcionan datos sobre el potencial migratorio de un compuesto activo. Si por un lado es importante que el material transportador del antimicrobiano sea permeable, por otro, el material de envase debe tener buenas propiedades de barrera, para evitar la pérdida de compuestos volátiles por permeación a través de las paredes del envase (Biji et al., 2015).
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2.3 Atmósfera modificada Una atmósfera modificada es aquella cuya composición difiere de la normal del aire (20.9% de oxígeno, 78.1% de nitrógeno y cantidades traza de otros gases) (Turgis et al., 2008; Sen et al., 2012). Es utilizada con la finalidad de limitar la ocurrencia de procesos fisicoquímicos asociados con el deterioro de alimentos frescos o mínimamente procesados, aumentando así su vida de anaquel (Gammariello, Incoronato, Conte y Nobile, 2015). La composición de la atmósfera modificada depende del producto y de su tasa de respiración, de la permeabilidad del material de envase, así como de la temperatura de almacenamiento (Sen et al., 2012; Cortellino, Gobbi, Bianchi y Rizzolo, 2015). 2.3.1 Materiales de envase Los materiales más usados para el envasado de alimentos frescos en atmósfera modificada son polietileno de baja (ldpe) y alta densidad (hdpe), etilvinilacetato (eva), etilen-vinil-alcohol (evoh), cloruro de polivinilo (pvc), poliestireno (ps), polipropileno (pp), polietilen-tereftalato (pet) y poliamida laminada (Gazalli et al., 2013; Maneesin, Chinnasri, Vongsawasdi y Wangchanachai, 2014; Kahraman, Issa, Bingol, Kahraman y Dumen, 2015; Soltani et al., 2015; Giarratana et al., 2016). El más utilizado en el envasado de frutas y verduras es el polietileno, aunque muchas veces se pueden combinar diversos materiales por laminado o por co-extrusión (Scetar et al., 2010). En el envasado de carne en atmósfera modificada, se utiliza normalmente una charola de polipropileno con una hoja absorbente de líquido y se cubre con una tapa transparente (Schmid et al., 2016). 2.3.2 Gases utilizados Los gases más comúnmente usados en atmósfera modificada son el oxígeno, el dióxido de carbono y el nitrógeno, aunque se ha sugerido el uso de otros gases tales como el argón y el óxido nitroso (Oliveira et al., 2015). La atmósfera puede ser creada por descarga directa de los gases (activa) o por la respiración de los alimentos contenidos en el envase (pasiva), lo que lleva a la disminución de la concentración de oxígeno y al aumento de las concentraciones de dióxido de carbono y de vapor de agua dentro del envase (Sen et al., 2012). La atmósfera modificada, normalmente, contiene concentraciones menores de oxígeno y mayores de dióxido de carbono que las del aire, lo que permite mantener las condiciones gaseosas óptimas para la conservación de alimentos frescos (Cortellino et al., 2015). El oxígeno es mantenido entre 1 y 10% y el dióxido de carbono entre 1 y 20%, aunque esta práctica no es obligatoria (Soltani et al., 2015). El oxígeno facilita los procesos de deterioro por microrganismos aerobios, acelera el deterioro
oxidativo de alimentos, y genera cambios de olor, color y sabor en los alimentos; mientras que el dióxido de carbono inhibe el crecimiento de determinados microorganismos, particularmente de bacterias Gram-negativas y aerobias. El nitrógeno, aunque poco reactivo, retarda indirectamente el deterioro por ser muchas veces usado para desplazar al oxígeno (Soltani et al., 2015). Así, la combinación de concentraciones bajas de oxígeno y de concentraciones elevadas de dióxido de carbono, resulta en la inhibición del crecimiento de determinados microorganismos aerobios. Por otro lado, reduce la velocidad de respiración y la producción de etileno en frutas y verduras frescas, lo que resulta en el retraso de la degradación de clorofila y de los procesos de maduración y ablandamiento. La ocurrencia de reacciones de obscurecimiento también es limitada a bajas concentraciones de oxígeno, aunque éstas puedan llevar al desarrollo de fermentaciones indeseadas (Cortellino et al., 2015; Mele, Islam, Baek y Kang, 2017). Es importante mencionar que la concentración de dióxido de carbono tampoco puede ser muy elevada. Se ha sugerido, por ejemplo, que una concentración de dióxido de carbono mayor que 6% en la conservación de plátano puede llevar a su ablandamiento, mientras que la cáscara sigue verde, resultando en texturas y aromas indeseables. El oxígeno, por otro lado, debe ser mantenido en concentraciones no menores que 1.5%, para evitar el obscurecimiento de la cáscara de plátano, fallas en la maduración de la fruta, o bien generación de sabores indeseables (Siriwardana et al., 2017). El envasado de carne en atmósfera modificada permite que su vida de anaquel aumente de aproximadamente tres a ocho días, considerando que la carne se debe almacenar a temperatura de refrigeración (4 °C). Se debe tener cuidado de mantener una concentración de oxígeno suficientemente elevada (entre 40 y 70%, v/v), para garantizar que la carne se mantenga de color rojo y no adquiera una coloración grisácea. Sin embargo, la concentración de oxígeno no debe ser tan elevada al punto de promover la oxidación de lípidos en carnes con contenidos de grasa relativamente altos, o el crecimiento de bacterias aerobias (Schmid et al., 2016). La atmósfera modificada ha sido utilizada de forma individual o combinada con películas antimicrobianas, aceites esenciales o irradiación con rayos gamma, para el control de la calidad de alimentos frescos (Kahraman et al., 2015; Severino et al. 2015; Giarratana et al., 2016; Gomes et al., 2017).
3. Aplicación de aceites esenciales a sistemas de envasado para alimentos frescos 3.1 En sistemas de envasado activo La combinación de sistemas de envasado activo con el potencial antimicrobiano de los aceites esenciales constituye una oportunidad de investigación apuntando a un mejor control del deterioro y, consecuentemente, de la calidad de los productos frescos. Estudios realizados en este ámbito, se basan en la incorporación del aceite esencial en un material transportador incluyendo láminas antimicrobianas, etiquetas o sachets (Tabla II). Con respeto a los sachets es importante mencionar que son la forma más común de incorporación de antimicrobianos (Trindade et al., 2013; Han et al., 2014), aunque para el caso particular de los aceites esenciales sea escasa su utilización. En la tabla II se presentan algunas de las investigaciones que se han realizado sobre este tema. Los sachets no deben ser gruesos y deben ser porosos o semipermeables, ya que el grado de permeabilidad controla el grado de liberación del compuesto activo. Normalmente son hechos de material no textil poroso, de papel o bien de películas de algún polímero y pueden transportar el antimicrobiano o contener un sistema generador del mismo (Otoni et al., 2016). Cuando son utilizados como transportadores del antimicrobiano, éste puede encontrarse incorporado en las paredes del sachet o en esferas porosas de un polímero con considerable poder de emisión, contenidas dentro del sachet. Dichas esferas deben presentar tamaño y permeabilidad adecuados para la liberación del aceite esencial (Espitia et al., 2012; Han et al., 2014; Atares y Chiralt, 2016; Maisanaba et al., 2017). El alginato, el quitosano, el almidón y la gelatina son ejemplos de polímeros usados en la encapsulación de aceites esenciales (Garcia-Ceja y López-Malo, 2012; Han et al., 2014; Wu et al., 2014; Jovanovic, Klaus y Niksic, 2016; Quesada et al., 2016). Es necesario sellar el sachet, lo que normalmente es hecho por aplicación de calor, o en frío, si el material del sachet es sensible al calor. También se pueden utilizar capas de adhesivos o cinta de aluminio para el sellado de sachets (Otoni et al., 2016). Por otro lado, el antimicrobiano puede ser inmovilizado en la estructura o superficie del material polimérico constituyente del envase o en revestimientos comestibles, por enlaces covalentes o iónicos (Assefa y Admassu, 2013; Manohar, Prabhawathi, Sivakumar y Doble, 2015; Quesada et al., 2016). La liberación del antimicrobiano dependerá del tipo de polímero
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Tabla II. Estudios sobre el efecto antimicrobiano de la combinación de aceites esenciales con sistemas de envasado activo tipo sachet Aceite esencial
Material del sachet
Polímero transportador del aceite esencial
Romero y tomillo
Papel filtro Whatman núm. 4
Efecto antimicrobiano
Referencias
Aceites esenciales
Polímeros transportadores del aceite esencial
Observaciones
Referencias
Esferas de espuma micro-celular Redujo las unidades formadoras de de almidón de chícharo colonias de Listeria monocytogenes. Afectó el crecimiento de bacterias ácido lácticas y de bacterias aerobias totales
Han et al. (2014)
Tomillo
Polietileno de baja densidad
La adición del aceite esencial durante la extrusión fue efectiva contra el crecimiento microbiano
Solano y Gante (2012)
Tomillo
Quitosano
Eficaz contra levaduras, pero no contra mohos o bacterias
Quesada et al. (2016)
Orégano (1 a 2%)
Almidón de mandioca (58%), polibutileno adipato co-tereftalato (40%) y nanoarcilla (1 a 2%)
No se evaluó el efecto antimicrobiano
Takahashi et al. (2017)
Canela (Cinnamomum cassia 51% y Cinnamomum zeylanicum 34%) y romero (15%)
Proteína de suero de leche
2.7 % de la mezcla de aceite esencial en la película fue suficiente para inhibir el crecimiento de Penicillium spp.
Ribeiro-Santos et al. (2017b)
Albahaca (Ocimum basilicum) (100% p/p)
Aislado de proteína de pescado combinado con gelatina de piel de pescado y nanopartículas de óxido de zinc
Rebanadas de lubina envueltas en la película presentaron menor crecimiento de bacterias psicrófilas, bacterias ácido lácticas, Pseudomonas o enterobacterias (comparativamente a la ausencia de aceite esencial y óxido de zinc)
Arfat et al. (2015)
Zacate limón (0.5%)
Quitosano (1%)
La adición del aceite esencial empeoró la antracnosis en pimiento-morrón
Ali et al. (2015)
Menta o tomillo
Quitosano y gelatina
Los aceites esenciales mejoraron la efectividad antimicrobiana de la película
Jovanovic et al. (2016)
Orégano
Gelatina de carpa plateada y quitosano
Aumentó la vida de anaquel de pescado. Actividad antimicrobiana contra Escherichia coli, Staphylococcus aureus y Bacillus spp.
Wu et al. (2014)
Orégano o canela
Quitosano
Inhibición de Aspergillus niger con 0.25% de aceite esencial y Penicillium digitatum con 0.5%
Avila-Sosa et al. (2012)
Orégano (4%) o canela (2%)
Amaranto
Inhibición de A. niger y P. digitatum
Avila-Sosa et al. (2012)
Carvacrol (6.5%)
EVOH
Migración rápida del carvacrol al salmón (en cubos o rebanadas)
Cerisuelo et al. (2013)
Linalol, carvacrol y timol
Almidón
Reducción de la población de A. niger en queso cheddar
Kuorwel et al. (2014)
Orégano
Polipropileno
Resina polimérica altamente adsorbente
Efectivo en el control in vitro de Escherichia coli, Salmonella Enteritidis y Penicillium spp.
Passarinho et al. (2014)
Canela, orégano o zacate limón (20% p/p)
Material no textil
Resina polimérica altamente adsorbente
Los sachets (principalmente con aceite esencial de canela) demostraron una reducción en el crecimiento de mesófilos aerobios en papaya
Espitia et al. (2012)
Orégano o zacate limón (20% p/p)
Material no textil
Resina polimérica altamente adsorbente
Los sachets con aceites esenciales de orégano y zacate limón redujeron el conteo de mesófilos aerobios, mohos filamentosos y levaduras presentes en mango, en aproximadamente dos ciclos log
Medeiros et al. (2011)
Orégano
Papel
Micro-cápsulas de alcohol polivinílico (PVA)
Inhibición del crecimiento de Dickeya chrysanthemi, mohos, levaduras y bacterias mesófilas aerobias en lechuga iceberg
Chang et al. (2017)
y del número de capas o poros del mismo (Otoni et al., 2016). Los polímeros utilizados pueden ser de origen fósil y apolares, tales como polietileno de baja densidad y polipropileno (Solano y Gante, 2012; Almela, Ortolá, Tarrazó y Castelló, 2014); o bien de materiales renovables o biodegradables, tales como alginato, quitosano, ĸ-carragenina, almidones de diferentes orígenes, celulosa, gluten, proteína de suero de leche, proteína de soya, gelatina de piel de pescado, ácido poliláctico y poli (butileno adipato co-tereftalato), tal como se resume en la tabla III (Gómez-Heincke et al., 2016; Quesada et al., 2016; Ribeiro-Santos et al., 2017a; Ribeiro-Santos et al., 2017b; Riquelme, Herrera y Matiacevi, 2017; Takahashi et al., 2017). Los primeros son normalmente preparados por extrusión, ya sea que el aceite esencial haya sido añadido antes de la extrusión al polímero licuado, o posterior a la extrusión en la superficie de la película (Solano y Gante, 2012). Los segundos son, normalmente, obtenidos por el método de vaciado (casting),
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Tabla III. Estudios sobre la combinación de aceites esenciales compuestos activos con sistemas de envasado activo tipo película y su efecto en la carga microbiana
ya que la mayoría son polímeros hidrofílicos. La concentración y las propiedades del aceite esencial afectan las propiedades físicas de la película y su permeabilidad al vapor de agua, oxígeno y dióxido de carbono, por lo que es importante la evaluación de las propiedades mecánicas y de barrera de las películas y recubrimientos activos (Ribeiro-Santos et al., 2017a). Asimismo, el método utilizado en la elaboración de la película afecta su actividad antimicrobiana (Solano y Gante, 2012). Los aceites esenciales de tomillo, romero y canela han sido ampliamente aplicados en películas para el envasado de alimentos (tabla III). Es importante mencionar que el uso de aceites esenciales combinado con sistemas de envasado activo es de especial interés para alimentos altamente porosos, dado que sus compuestos antimicrobianos volátiles son capaces de penetrar a profundidades que los antimicrobianos no volátiles no podrían (Han et al., 2014).
3.2 En sistemas de atmósfera modificada La combinación de atmósferas modificadas con el potencial antimicrobiano de los aceites esenciales es un tema de considerable estudio en el ámbito del control de la calidad de diversos alimentos. De esta combinación resulta un efecto antimicrobiano sinérgico, por lo que se observa una mayor efectividad antimicrobiana comparativamente al uso de at-
mósferas modificadas de forma aislada (Turgis et al., 2008; Giarratana et al., 2016). Tanto frutas y verduras, como carnes, han sido conservadas en atmósferas modificadas en presencia de aceites esenciales. En la tabla IV se presenta un conjunto de estudios recientes, relacionados con este tema.
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Se puede observar que los aceites esenciales de tomillo, romero, mostaza, orégano y albahaca, combinados con atmósfera modificada, han sido extensamente utilizados en el control de mohos y bacterias en alimentos frescos (Karabagias, Ba-
deka y Kontominas, 2011; Nowak, Kalemba, Krala, Piotrowska y Czyzowska, 2012; Mpho, Sivakumar, Sellamuthu y Bautista-Baños, 2013; Giarratana et al., 2016; Siriwardana et al., 2017).
Tabla IV. Estudios sobre la combinación de aceites esenciales o compuestos activos de aceites esenciales con sistemas de envasado en atmósfera modificada Aceite esencial
Atmósfera modificada
Alimento fresco
Observaciones
Referencias
Zacate limón
20.17% O2 y 0.3% CO2, 10 °C
Aguacate
Se redujo la incidencia de antracnosis (causada por Colletotrichum gloeosporioides), pulpa gris y pardeamiento vascular
Mpho et al. (2013)
Tomillo
2% O2 y ~ 8% CO2, 10 °C
Aguacate
Se redujo la incidencia de antracnosis, pulpa gris y pardeamiento vascular
Sellamuthu et al. (2013)
Mostaza
60% O2, 30% CO2 y 10% N2, 4 °C
Carne molida
Se redujo el crecimiento de bacterias mesófilas aerobias (combinado con radiaciones gamma)
Turgis et al. (2008)
70.4% N2, 27.1% CO2 y 1.3% O2, 4 °C
Filetes de aves
Se redujo la población de Salmonella Typhimurium y Listeria monocytogenes en siete días
Kahraman et al. (2015)
Tomillo (0.025%) y romero (0.05%)
70 % CO2 y 30% NO2, 4 °C
Mortadela italiana rebanada
Efectivo bacteriostático contra un coctel de tres cepas de L. monocytogenes, durante 30 días
Giarratana et al. (2016)
Albahaca (0.4%)
3.1 - 3.7% O2 y 4.2 4.7% CO2, 12 – 14 °C
Plátano
Eficaz en el control de mohos responsables por la podredumbre de corona, durante 14 días (combinado con sulfato de aluminio)
Siriwardana et al. (2017)
Orégano (0.25%, p/v)
30% CO2 y 70% NO2, 4 °C
Filetes de pechugas de pollo
Aumentó la vida de anaquel de los filetes a 6 días
Petrou et al. (2012)
Tomillo, limón, semillas de toronja (Citrus x paradisi) (110, 120, 100 ppm)
50% O2 y 50% CO2, 4 °C
Hamburguesas de pescado azul
Garantizó la aceptabilidad microbiana durante 28 días
Nobile et al. (2009)
Ajo (Allium sativum) (15 mg/mL)
60% CO2 y 40% N2, 8 °C
Camarón blanco del pacífico
Aumentó la vida de anaquel de 6 a 18 días
Maneesin et al. (2014)
Manzana (Golden delicious spp.)
No se observaron mohos en 35 días
Siroli et al. (2014)
Bistec
Vida de anaquel de 14 o 15 días
Sirocchi et al. (2017)
Romero
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50% O2, 30% CO2 y 20% N2, 4 °C
Aceite esencial
Atmósfera modificada
Alimento fresco
Observaciones
Referencias
Tomillo (0.1%)
80% CO2 y 20% N2, 4 °C
Carne de borrego
La vida de anaquel fue extendida entre 14 y 15 días
Karabagias et al. (2011)
Tomillo (0.9%)
30%O2, 50%CO2 y 20% N2, 3 °C
Carne de cerdo
El conteo de Salmonella se redujo de 6.16 log UFC1/g (día 0) a 2.11 UFC1/g (día 15)
Boskovic et al. (2017)
Tomillo, orégano o zacate limón
100% CO2, 4 °C
Col y brotes de rábano
Se disminuyeron, significativamente, los microorganismos mesófilos totales (nivel de reducción: 1.55 log10 UFC1/g en la col y 2.26 log10 UFC1/g en los brotes de rábano)
Hyun et al. (2015)
Orégano (5%) (en película de PP/EVOH)
4% O2 y 12% CO2
Ensalada mínimamente procesada
Se redujo la actividad de microorganismos patógenos y causantes de deterioro, principalmente de bacterias Gramnegativas
Muriel-Galet et al. (2012)
1: Unidad formadora de colonia
Conclusiones y comentarios finales
Romero (0.2%)
Cidro (Citrum medica) 7% O2 y 0% CO2, 6 °C /citral (125/125 mg/L) o Cidro/citral (200/50 mg/L)
Tabla IV. Continuación. Estudios sobre la combinación de aceites esenciales o compuestos activos de aceites esenciales con sistemas de envasado en atmósfera modificada
La combinación de aceites esenciales con atmósferas modificadas puede inactivar parte de la carga microbiana inicial en carnes, lo que está relacionado con el aumento observado de su vida de anaquel, cuando se conservan bajo dicha combinación (Turgis et al., 2008; Karabagias et al., 2011; Petrou, Tsiraki, Giatrakou y Savvaidis, 2012; Maneesin et al., 2014; Sirocchi et al., 2017). Asimismo, esta combinación reduce la carga microbiana en frutas y verduras y, consecuentemente, la incidencia de enfermedades tales como la antracnosis (Muriel-Galet et al., 2012; Mpho et al., 2013; Sellamuthu et al., 2013). En este sentido, Mpho et al. (2013) observaron un retardo en la maduración de aguacate al combinar el aceite esencial de romero con atmósfera modificada, lo que atribuyeron al control de la antracnosis en la fruta conservada bajo tales condiciones. La composición de la atmósfera utilizada varía con el tipo de alimento a envasar, pero también con el aceite esencial utilizado. Se observa que las atmósferas son en la mayoría escasas en oxígeno. Sin embargo, hay estudios donde se usan concentraciones del orden de 60 %. El dióxido de carbono, por otro lado, puede tanto no estar presente como constituir la totalidad de la atmósfera. Además de contribuir con el control del deterioro microbiano, la combinación de atmósfera modificada con aceites esenciales ha permitido controlar o disminuir procesos que afectan la calidad de alimentos frescos, tales como la deshidratación de frutas (Mpho et al., 2013), y el desarrollo de rancidez en carnes (Kahraman et al., 2015).
La presente revisión reúne información que demuestra una notoria efectividad antimicrobiana de aceites esenciales contra mohos y bacterias. La mayoría de los estudios de efectividad antimicrobiana de aceites esenciales son, sin embargo, realizados in vitro y no en alimentos. Los resultados obtenidos in vitro son indiscutiblemente importantes, lo que no invalida la necesidad de pruebas en alimentos, para que se obtenga una mejor representación de las condiciones reales de acción, de los aceites esenciales sobre los microorganismos. La aplicación de aceites esenciales a sistemas de envasado activo ha resultado exitosa en el control microbiano y se han observado notorios avances en la incorporación de aceites esenciales en películas. Sin embargo, en el caso de la incorporación de aceites esenciales en sachets, son necesarios estudios adicionales, ya que la información sobre este tópico es escasa. De aquí que constituya una oportunidad de investigación en ciencia de alimentos. Al revisar el estado del conocimiento acerca de la combinación de aceites esenciales con el envasado en atmósfera modificada, se encuentran estudios tanto sobre la conservación de frutas y verduras como de carnes frescas. En dichas investigaciones, diferentes aceites esenciales y condiciones de atmósfera modificada han sido aplicados exitosamente en el control microbiano de este tipo de alimentos. En conclusión, tanto la combinación de aceites esenciales con sistemas de envasado activo como con sistemas de envasado en atmósfera modificada representan soluciones potenciales para la mitigación del deterioro microbiano de alimentos frescos.
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Agradecimientos La autora M. J. Paris agradece a la Universidad de las Américas Puebla (udlap) y a la Secretaría de Relaciones Exteriores (sre) de México, por financiar sus estudios de doctorado en Ciencia de Alimentos.
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