Aplicación de tecnologías innovadoras para la mitigación de micotoxinas y productos de la reacción de maillard en alimentos

La presente Tesis Doctoral se centra en el estudio de tres tecnologías innovadoras, altas presiones hidrostáticas (HPP), ultrasonidos (USN) y pulsos eléctricos (PEF) como herramientas para la mitigación de micotoxinas y productos de la Reacción de Maillard (RM) como la acrilamida (AA) y el 5-hidroximetilfurfural (HMF), compuestos tóxicos presentes en los alimentos. La tecnología HPP se basa en aplicar una presión uniforme muy alta al alimento, provocando la extracción de compuestos y la alteración de estructuras. Por otro lado, los USN usan ondas ultrasónicas cuya cavitación rompe tejidos y acelera procesos como la difusión de compuestos. Por otro lado, los PEF emplean pulsos eléctricos muy breves para perforar las membranas celulares y son capaces de romper ciertos enlaces de los compuestos.

Las micotoxinas son contaminantes naturales altamente tóxicos producidos por hongos filamentosos y frecuentemente detectados en cereales, frutos secos, frutas, productos lácteos y derivados. Una de las matrices susceptible de presentar micotoxinas son los zumos de frutas, que pueden llegar a estar contaminados con aflatoxinas (AFs), ocratoxina A (OTA) y eniatinas (ENNs). Dada la estabilidad térmica de estos contaminantes, su eliminación mediante tratamientos convencionales es limitada. Es por ello por lo que el uso de tecnologías innovadoras puede ofrecer nuevas vías de descontaminación a la vez que preservan la calidad organoléptica y nutricional del producto. Del mismo modo, se estudiaron los USN y los PEF, así como el escaldado, para la mitigación de la AA, tóxico generado durante el procesado de los alimentos.

Las condiciones utilizadas para el tratamiento por HPP fueron 600 MPa durante 5 min a 12 °C, mientras que para los USN fueron 20 kHz, 100 W y 30 min y en el caso del tratamiento con PEF se empleó una intensidad de campo de 3 kV cm-1 y una energía específica 500 kJ kg-1. Estas condiciones se aplicaron a diferentes formulaciones basadas en zumos de fruta y zumos de fruta con leche con el objetivo de evaluar la mitigación de micotoxinas.

Para estudiar la reducción de AA mediante tecnologías innovadoras, previamente se elaboró una revisión bibliográfica sobre los métodos de detección y determinación de AA en productos procesados. En base a los datos recabados, se validó una metodología sostenible para determinar la concentración de AA en snacks elaborados a partir de maíz y en palomitas. La metodología consiste en una extracción sólido-liquido utilizando agua como disolvente y una etapa de limpieza mediante extracción en fase sólida dispersiva, seguida del análisis por cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas (HPLC-MS/MS), cumpliendo así con los principios de la química verde. El método propuesto se caracterizó en términos de recuperación (84 -105%) y precisión (< 16,1%). Los límites de cuantificación fueron de 17 y 60 g kg¹ para maíz y palomitas, respectivamente.

El mismo método de extracción se utilizó para la determinación de HMF en muestras de galletas tipo cracker. Para evaluar la mitigación de AA en muestras de palomitas de maíz, patata (variedades Agria y Mozart) y boniato (variedad O'Henry), se estudió la aplicación de PEF (2-3 kV-1 cm-1, 100-300 kJ cm-1) y USN (20 kHz, 10-20 min), así como el escaldado (5-20 min, temperatura ambiente). La patatas y el boniato son matrices que al cocinarse presentan altos niveles de AA y en cuanto a las palomitas, las autoridades europeas recalcaron en 2019 la necesidad de monitorear los contenidos de AA en este tipo de matrices elaboradas a partir de maíz. En cuanto a los resultados obtenidos para la mitigación de micotoxinas, se observó que el tratamiento mediante HPP aplicado a ENNs obtuvo reducciones en todas las formulaciones llegando hasta el 75% de reducción.

El tratamiento combinado de PEF y USN logró porcentajes de reducción de entre el 15 y 50% para AFs, OTA y ENNs. Además, se observó que el orden secuencial de aplicación de estos tratamientos no influye significativamente en su eficacia. Para los niveles de AA en palomitas la concentración media obtenida fue 277 ± 119 g kg-1 (n=91) y el rango de concentraciones se encontraba entre el límite de cuantificación y 627 g kg-1. Se observó como el método de cocinado influye en los contenidos de AA en palomitas siendo la cocción a través del microondas la que más AA genera. La evaluación de la exposición de AA a través del consumo de palomitas reportó un posible riesgo de exposición, especialmente en consumidores habituales y niños. Por otro lado, la aplicación de PEF, USN y escaldado logró una reducción significativa en la formación de AA en palomitas. En las condiciones más intensas [PEF (3 kV-1 cm-1, 300 kJ cm-1), USN (20 kHz, 20 min), escaldado (20 min, temperatura ambiente)] las reducciones alcanzaron hasta un 80%.

En cuanto a la reducción de AA en tubérculos, el tratamiento con PEF y el escaldado han demostrado ser eficaces en la mitigación de AA en patata y boniato, manteniendo una reducción estadísticamente significativa (entre el 20 y el 40%) en comparación con las muestras control sin tratamiento. No obstante, no hubo diferencias significativas entre el tratamiento de PEF y el escaldado convencional.

Finalmente, el estudio de evaluación de HMF en crackers mostró que las concentraciones variaron entre 158 y 9050 g kg-1 con una concentración media de 2792 g kg-1. Las tecnologías innovadoras HPP, USN y PEF han demostrado reducir hasta en un 80 % micotoxinas y compuestos de la RM en alimentos procesados, sin comprometer su calidad nutricional. Estos tratamientos sostenibles contribuyen significativamente a mejorar la seguridad alimentaria y reducir riesgos toxicológicos, alineándose con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), especialmente los ODS 2 (Hambre cero), ODS 3 (Salud y bienestar) y ODS 12 (Producción y consumo responsables).