El ozono y su empleo en la industria para el procesamiento y conservación de alimentos

El ozono es un oxidante fuerte que tiene diversas aplicaciones en la industria alimenticia, el cual puede ser utilizado de forma gaseosa y también acuosa para la descontaminación de alimentos, a saber, frutas, verduras, especias, hierbas, bebidas, carne y pescado (Pandiselvam et al., 2019a). El tratamiento con ozono mejora tanto la seguridad microbiológica como la vida útil cualitativa de los productos alimenticios. Además, la aplicación del ozono se extiende a la gestión de plagas de almacenamiento y degradación de micotoxinas (Afsah-Hejri et al., 2020).

La ventaja de usar ozono es que se descompone fácilmente en oxígeno con residuos mínimos en el producto y elimina la necesidad de extraer el gas del producto. Dado que el ozono tiene propiedades no acumulativas es una técnica ecológica basada en la tecnología verde más prometedora que podría mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos. Además, ha sido catalogado como “Generalmente Reconocido como Seguro” (GRAS) para la desinfección de gran diversidad de alimentos. En cuanto al poder oxidante, se ha informado que el ozono es un agente oxidante 1,5 veces más potente en comparación con el cloro y 3000 veces de ácido hipocloroso, otro aspecto de su composición química es que se descompone naturalmente a oxígeno por efecto del calor, de los choques electrostáticos y la luz, esta es una de las ventajas para su uso en la conservación de productos alimenticios con bajo nivel de residuos (Obadi et al., 2018).

Los procesos biológicos no siempre producen resultados satisfactorios, se puede mencionar que desde el siglo XIX el ozono ha sido revisado por su seguridad frente a los productos alimenticios y desde entonces ha sido declarado como aditivo para alimentos. En 1990 el ozono fue declarado seguro para su uso en Japón, Francia y Australia, y tiempos más tarde en 2003, el ozono había recibido la aprobación formal de la FDA de EE. UU. para ser utilizado como aditivo alimentario. Los gases de ozono se caracterizan por un olor distintivo, tiene un olor acre cuando la concentración es alta, pero es ya detectable por humanos en concentraciones tan bajas como 0.01 µL/L. El ozono puede ser producido por contacto de fósforo, descarga silenciosa, reacciones fotoquímicas y reacciones electroquímicas, procediendo principalmente por la reacción del átomo de oxígeno con la molécula de oxígeno. Hay reacciones secundarias a la generación de ozono, sin embargo, que son responsables del agotamiento del ozono, incluida la descomposición térmica y las reacciones de enfriamiento de las especies reactivas. La solubilidad del ozono en el agua es mucho mayor que la del oxígeno, lo que sugiere que se puede aplicar de forma fiable en el tratamiento del agua y de las aguas residuales (Kelkar & Shirke, 2021).

Extender la vida útil de los productos alimenticios es una de las principales preocupaciones de los productores, y la industria alimentaria requiere alternativas más ecológicas a las tecnologías actuales. La conservación de alimentos a base de ozono puede adaptarse a este nicho al considerarse una alternativa atractiva que la industria alimentaria necesita debido a sus propiedades como la rápida descomposición y el escaso efecto de permanen-cia en los alimentos durante su conservación. El ozono es la molécula más fuerte disponible para la desinfección del agua y solo es superada por el flúor elemental en poder oxidante, propiedad que permite su utilización en la industria alimentaria en diversas aplicaciones, como la descontaminación del agua y las superficies de los equipos. Varios investigadores se han centrado en la aplicación de ozono para inactivar microorganismos en productos frescos, como frutas, verduras, carne, aves, pescado y huevos, y productos secos, como cereales, legumbres y especias (Pandiselvam et al., 2019b). El propósito de esta investigación es reflexionar sobre el uso del ozono en el procesamiento y conservación de alimentos como alternativa ecológica.

Se realizó una revisión bibliográfica exhaustiva de tipo descriptiva, mediante la búsqueda de artículos científicos, libros, y datos de organismos oficiales mediante el uso de herramientas digitales como bibliotecas virtuales y buscadores académicos en temas pertinentes a la seguridad alimentaria y procesamiento de alimentos con utilización del ozono.

En este trabajo se incluyen las propiedades del ozono y sus aplicaciones en la industria alimentaria, debido al po-tencial de los tratamientos a base de ozono para obtener productos seguros con una vida útil prolongada, varios investigadores se han centrado en este tema. En esta revisión se presenta una compilación de esos trabajos, con énfasis en el impacto del ozono en la inactivación de micotoxinas, propiedades fisicoquímicas, su generación, eliminación de los patógenos transmitidos por los alimentos, y los aspectos de cambios en la calidad posterior al tratamiento de las carnes, frutas y verduras procesadas.

La estrategia de búsqueda se centró en la recolección de 93 publicaciones entre revisiones bibliográficas, libros y artículos observacionales de los cuales se aceptaron 20 artículos que cumplieron los criterios de inclusión consistentes en artículos originales revisados por pares relacionados con la ozonización de alimentos y subproductos de origen animal, revisiones sistemáticas y metaanálisis, y artículos publicados en inglés que incluyeran principalmente la base de datos de Scopus. Se descartaron 73 artículos que no clasificaron para los criterios de búsqueda relativos a cartas al editor, artículos en base de datos regionales, documentos no revisados por pares y que no abordaran los aspectos relacionados a propieda-des y usos de carácter industrial del ozono en la industria alimentaria.

Para complementar esta estrategia se utilizaron los siguientes descriptores: “Ozone”, “food safety” “food industry”, “food preservation”, considerándose las investigaciones comprendidas desde enero del año 2018 a febrero del 2022. A su vez se indagó en bases de datos de la OMS y especializadas como FAOSTAT, The Global Food Safety Initiative (GFSI), la biblioteca de la Food Safety Preventive Controls Alliance (FSPCA) y la Quality Certification Services (QCS) – Ecuador, que certifica productos orgánicos bajo la Normativa Orgánica Ecuatoriana y normas internacionales.

La experiencia en el tratamiento y conservación de vegetales utilizando el ozono ha permitido conocer diferentes propiedades de la fécula de papa modificada por oxidación con ozono como parte de las diferentes posibilidades de aplicación industrial. Los resultados más prometedores se observaron en cuanto a las propiedades de pasta y la textura de gel de las muestras de almidón ozonizadas durante 15 y 30 min. Estas muestras presentaron una mayor viscosidad aparente y una mayor fuerza de gel cuando se gelatinizaron a 65 y 70 °C, en comparación con la muestra nativa. Además, las muestras de 15 y 30 minutos retuvieron más agua a temperaturas suaves (~60 °C) que las otras muestras. Estos resultados podrían estar relacionados con la estructura menos compacta de los almidones oxidados después del procesamiento con ozono debido a la escisión de sus enlaces glucosídicos y la presencia de grupos electronegativos, características que no solo facilitan la absorción de agua y la gelatinización de las muestras a temperaturas suaves, sino que también favorecen la disgregación granular a temperaturas más altas (superiores a 85 °C). Estas experiencias amplían la comprensión del proceso de modificación por ozono, así como también sugieren posibilidades de aplicaciones industriales utilizando almidón de patata ozonizado (Sivaranjani et al., 2021).

La ozonización es una tecnología de procesamiento de alimentos no térmica ecológica y rentable que se utiliza en lugar del tratamiento térmico, denominado a su vez como tecnología verde, ya que causa efectos menos ad-versos sobre el medio ambiente. Se aplica ampliamente para la descontaminación microbiana y por efectos de micotoxinas, degradación en los cereales y mejora la tasa de germinación de las semillas. Se han descrito muchos procesos en los cuales interviene el ozono con efectivi-dad comprobada en el procesamiento de cereales para la descontaminación microbiana, la degradación de micotoxinas, el control de insectos, la modificación del almi-dón, los cambios en la calidad funcional y la capacidad de germinación (Niveditha et al., 2021).

Según (Pandiselvam et al., 2019b) La tendencia en las investigaciones de las propiedades y funcionalidad del ozono han estado dirigidas a identificar los factores que influyen en el proceso de tratamiento con ozono, como la concentración, la temperatura, el pH del medio, el contenido de humedad y el grosor del lecho del grano. El principio de oxidación involucrado en el tratamiento con ozono asegura que el producto final sea microbiológicamente seguro y no perecedero. El tratamiento de semillas con ozono también mejora la capacidad de germinación. Por lo tanto, el ozono demuestra ser una tecnología pro-metedora para mantener la calidad de los cereales y los productos a base de cereales.

Según (Conte et al., 2020) las micotoxinas son compuestos químicos sintetizados como metabolitos secundarios por algunos hongos filamentosos, identificándose como las de mayor relevancia agrícola las aflatoxinas de Aspergillus spp., la ocratoxina A (OTA) de Aspergillus spp., Penicillium spp., fumonisinas, tricotecenos tipo A (toxina HT-2 (HT-2) y toxina T-2 (T-2)) y tricotecenos tipo B de Fusarium spp., y patulina de P. expansum. Cepas que pueden variar en estructura y causar toxicidad en varias especies animales. De los aproximadamente 400 compuestos identificados como micotoxinas, 30 se consideran una amenaza para la salud humana y animal, observándose que el ozono gaseoso podía degradar las aflatoxinas en muchas porciones de alimentos y piensos y en varias condiciones de operación, siempre que se tengan en cuenta algunos aspectos que pueden influir en los resultados tales como usar la mayor concentración de ozono, el tratamiento muy prolongado, las temperatura elevada, nivel inicial y tipo de contaminación). En parti-cular, se ha informado que el ozono es efectivo en la degradación de aflatoxina B1 (AFB 1) y aflatoxina G1 (AFG 1), ya que hay un doble enlace C8-C9 que forma el éter vinílico en el anillo de furano terminal en sus estructuras (Figura 1), que no está presente en aflatoxina B2 (AFB 2) y aflatoxina G2 (AFG 2). La degradación de estas aflato-xinas requiere una exposición más prolongada al ozono hasta que el tratamiento abre el anillo de lactona.

Figura 1. Mecanismo propuesto para la adición de ozono a la aflatoxina B1 (A) y B2 (B) y tricoteceno (C). Fuente: Confección propia, 2022.

En estudios referidos por (Porto et al., 2019) se observaron trastornos metabólicos y celulares que conducen a diversas alteraciones de la salud, tales como reducción de la ingesta de alimentos, absorción de nutrientes y peso corporal, inmunosupresión, síndromes reproductivos, agrandamiento del hígado y daños renales, hemorragia subcutánea y entérica y lesiones miocárdicas, depresión e incluso la muerte. en aves por aflatoxinas y OTA, en cerdos (la especie más sensible a las micotoxinas) por aflatoxina B1 (AFB 1).

Las micotoxinas como las aflatoxinas (AF), la ocratoxina A (OTA), las fumonisinas (FMN), el deoxinivalenol (DON), la zearalenona (ZEN) y la patulina son estables en las prácticas habituales de procesamiento de alimentos. El ozono es un oxidante fuerte y generalmente se considera un agente antimicrobiano seguro en las industrias alimentarias. El ozono interrumpe los procesos bioquímicos en las células fúngicas mediante la oxidación de grupos de enzimas sulfhidrilo y aminoácidos o ataca los ácidos grasos poliinsaturados de la pared celular. Fusarium es el hongo micotoxigénico más sensible a la ozonización seguido de Aspergillus y Penicillium (Afsah-Hejri et al., 2020).

En particular, el ozono actúa contra los lípidos insatura-dos en las membranas de las células microbianas provocando una fuga de su contenido y, finalmente, la lisis microbiana (Conte et al., 2020), esta acción se debe a una oxidación generalizada de las proteínas celulares internas (Figura 2), lo que reduce su crecimiento y provoca una muerte celular rápida.

Figura 2. Efectos de la ozonización en las células fúngicas que resultan en su inactivación. Fuente: Confección propia, 2022.

Los estudios han demostrado la inactivación completa de Fusarium y Aspergillus por el ozono gaseoso, después de aplicar la fumigación, por efecto directo en la reducción de la germinación de esporas y la producción de toxinas. Tanto de forma natural como artificial, las muestras contaminadas con micotoxinas han mostrado una reducción significativa de micotoxinas después de la ozonización. Aunque el mecanismo de detoxificación no está muy claro para algunas micotoxinas, se cree que el ozono reacciona con los grupos funcionales en las moléculas de micotoxinas, cambia sus estructuras moleculares y forma productos con menor peso molecular, menos dobles enlaces y menos toxicidad. No obstante, en determinadas ocasiones se han observado algunos cambios fisicoquímicos menores en algunos alimentos tratados con ozono, estos cambios pueden o no afectar el uso del producto ozonizado dependiendo de la aplicación posterior del mismo (Porto et al., 2019).

La eficacia del proceso de ozonización depende del tiempo de exposición, la concentración de ozono, la temperatura, el contenido de humedad del producto y la humedad relativa. También es importante analizar sus propiedades fisicoquímicas entre las que resalta la corrosividad, existen límites estrictos para la exposición a este gas que tiene una penetración limitada y se descompone rápidamente. Sin embargo, el tratamiento con ozono se puede utilizar como una tecnología ecológica y segura para la conservación de alimentos y el control de contaminantes (Zhu, 2018).

Según expresan (Conte et al., 2020), no hay duda de que la ozonización es una tecnología fácil y eficaz para descontaminar las micotoxinas. La aplicación de ozono gaseoso fue reportada como más útil y la mayoría de los experimentos revisados (79%) documentaron la mayor efectividad y las ventajas prácticas de una aplicación de este elemento químico en soluciones acuosas. Este método es un tipo de aplicación más útil y se ha utilizado con éxito para reducir la acumulación de micotoxinas en muchos tipos de productos alimenticios/piensos, por ejemplo, en cereales, frutos secos y aves. El 21% restante fueron estudios experimentales enfocados a demostrar la idoneidad del agua ozonizada para la inactivación de micotoxinas en materias primas que requieren un Čolović paso de desinfección acuosa y a su vez deben lavarse ( et al., 2019).