UNIVERSIDAD DE COSTA RICA FACULTAD DE CIENCIAS AGROALIMENTARIAS ESCUELA DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS Proyecto final de graduación en modalidad de práctica dirigida presentado a la Escuela de Tecnología de Alimentos para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería de Alimentos Diseño y documentación del proceso de elaboración de un producto cárnico crudo fermentado (salami) en la empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. Elaborado por: Stephanie Calderón Badilla Carné: B41198 Ciudad Universitaria Rodrigo Facio San José, Costa Rica Febrero 2020 i Tribunal Examinador Proyecto de graduación presentado a la Escuela de Tecnología de Alimentos como requisito parcial para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería de Alimentos. Elaborado por: Stephanie Calderón Badilla Aprobado por: _____________________________ PhD. Natalia Barboza Vargas Presidente del Tribunal _____________________________ M.Sc. Adriana Araya Morice Directora del Proyecto _____________________________ M.Sc. Manuel Montero Barrantes Asesor del Proyecto _____________________________ Ph.D. Eric Wong Asesor del Proyecto _____________________________ Lic. Allan Chavarría Quesada Profesor Designado ii Dedicatoria A mis padres, quiénes me han acompañado y apoyado en cada etapa del camino. A mi abuela Ligia, quién me enseñó tanto sobre la vida. iii Agradecimientos A mis padres, por haber hecho todo lo posible y más para que yo alcanzara mis sueños. Por enseñarme a luchar por lo que quiero y a no rendirme nunca a pesar de los obstáculos. Por todos los esfuerzos que hicieron durante mi vida para que pudiera llegar a donde estoy hoy. A mi familia, por apoyarme y siempre creer en mí. A los amigos que me regaló la U, Ale, Aliz, Eri, Feli, Luis, Mike y Pao porque con ustedes compartí una de las etapas más importantes de la vida. Por las alegrías, por los momentos de estrés, por las tristezas, la diversión, la ayuda y el apoyo. Me siento muy afortunada de haber compartido esta etapa con ustedes. A Juanma, por la compañía durante tantísimas horas en planta, pero principalmente por siempre estar ahí para mí y por apoyarme siempre. A la profe Adriana, no pude haber pedido una mejor directora de proyecto. Gracias por acompañarme en mi aventura de hacer una práctica dirigida, por tener siempre la puerta abierta para mí cada vez que tenía una duda, por hacer todo y más para ayudarme a terminar este proyecto. Al profe Eric, gracias por los consejos y el apoyo, así como por su disponibilidad para ayudarme. A Giova por estar siempre dispuesto a ayudarnos, por las largas conversaciones motivadoras, por el apoyo en el lab de química y por ser una excelente persona. A Alonso por ayudarme muchísimo en planta y por todas las horas dedicadas a hacer salami. A todos mis profesores de TA por compartir su tiempo y conocimiento con los estudiantes y ayudar a convertirnos en buenos profesionales. A todas las personas que fueron parte de esta etapa, ya sea por poco o mucho tiempo, porque todos de una u otra forma me ayudaron a crecer y alcanzar esta meta. iv Índice Tribunal Examinador ..................................................................................................................... i Dedicatoria ...................................................................................................................................... ii Agradecimientos ............................................................................................................................ iii Índice de Figuras ........................................................................................................................... vi Índice de Cuadros ......................................................................................................................... ix Índice de Abreviaturas ................................................................................................................. xi Resumen ........................................................................................................................................ xii 1. Justificación ......................................................................................................................... 1 2. Objetivos .............................................................................................................................. 5 General ..................................................................................................................................... 5 Específicos ............................................................................................................................... 5 3. Marco Teórico ..................................................................................................................... 6 3.1. Embutidos crudos fermentados (ECF) ........................................................................... 6 3.2. Materias primas en productos crudos fermentados ...................................................... 10 3.3. Elaboración de ECF ...................................................................................................... 17 3.4. Reacciones químicas y enzimáticas en ECF ................................................................ 21 3.5. Parámetros de control durante la fermentación y maduración de ECF ........................ 24 3.6. Parámetros físico químicos y sensoriales de ECF ........................................................ 25 3.7. Microorganismos asociados con ECF .......................................................................... 34 3.8. Riesgos químicos asociados con ECF .......................................................................... 36 3.9. Tecnología de barreras para inocuidad en ECF ............................................................ 36 3.10. Procedimiento de Operación ...................................................................................... 37 4. Resultados metodológicos ................................................................................................. 39 4.1. Localización ................................................................................................................. 39 4.2. Evaluación de la situación inicial de la empresa .......................................................... 39 4.3. Determinación de las condiciones de fermentación para la elaboración de embutido crudo fermentado (salami) ..................................................................................................... 54 4.4. Determinación de las condiciones de maduración y secado para la elaboración de embutido crudo fermentado (salami) ..................................................................................... 60 4.4.1. Diseño experimental .................................................................................................. 60 4.4.2. Procesamiento del embutido ...................................................................................... 61 4.4.3. Resultados y discusión de la determinación de las condiciones de maduración y secado para la elaboración de un embutido crudo fermentado (salami). ............................... 63 4.5. Modificaciones de la formulación y condiciones de procesamiento de prototipos obtenidos en objetivos previos. .............................................................................................. 70 4.6 Elaboración de procedimiento de fabricación de salami crudo fermentado, ficha técnica de producto y registro de operación. ...................................................................................... 84 v 4.6.1. Formato de los documentos ....................................................................................... 84 4.6.2. Procedimiento de fabricación de salami crudo fermentado ...................................... 85 4.6.3. Ficha técnica de producto .......................................................................................... 86 4.6.4. Registro de operación ................................................................................................ 86 4.6.5. Registro de análisis de calidad ................................................................................... 86 4.6.6. Revisión de los documentos elaborados .................................................................... 87 5. Conclusiones ...................................................................................................................... 88 6. Recomendaciones .............................................................................................................. 89 7. Referencias ......................................................................................................................... 90 8. Anexos .............................................................................................................................. 103 Anexo 1. Clasificación de materias primas no cárnicas disponibles en Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. ........................................................................................................................ 103 Anexo 2. Temperaturas y humedades relativas registradas durante la fermentación de salami aplicando los tratamientos GDL y 2GDL. ........................................................................... 107 Anexo 3. Cálculo de límite grados-hora para tratamientos GDL y 2GDL. ......................... 108 Anexo 4. Temperaturas y humedades relativas registradas durante la maduración y secado de salami con las condiciones del tratamiento MS1. ........................................................... 109 Anexo 5. Temperaturas y humedades relativas registradas durante la fermentación de salami con las condiciones del tratamiento M1. .............................................................................. 110 Anexo 6. Temperaturas y humedades relativas registradas durante la maduración de salami con las condiciones del tratamiento M1. .............................................................................. 110 Anexo 7. Tiempos y temperaturas de cocción de repeticiones del tratamiento M2. ........... 111 Anexo 8. Cálculo de índice R para prueba preliminar de preferencia ................................. 113 Anexo 9. Análisis estadístico aplicado a parámetros físico químicos de tratamientos M1 y M2. ....................................................................................................................................... 114 Anexo 10. Documentación relacionada al proceso de elaboración de salami crudo fermentado. .......................................................................................................................... 122 vi Índice de Figuras Figura 1. Reacciones del proceso de fermentación ácido láctica para la obtención de lactato. Fuente: Elaboración propia basada en Tortora et al. (2007). ......................................................... 19 Figura 2. Sustratos, productos y enzimas involucradas en reacciones de proteólisis de embutidos crudos fermentados. Fuente: Elaboración propia adaptada de (Toldrá, Sanz, & Flores (2001). ... 22 Figura 3. Esquema de las reacciones químicas y bioquímicas más importantes que afectan las características físico químicas y sensoriales de los embutidos crudo fermentados. Fuente: Elaboración propia adaptada de Sebranek (2004). ........................................................................ 24 Figura 4. Escalas de color utilizadas en HunterLab y CIELab. Fuente: (Sahin & Gulum, 2006).26 Figura 5. Sólido tridimensional de color (luminosidad, croma y “hue”) de la escala L*C*h. Fuente: (Konica Minolta, 2007) ..................................................................................................... 27 Figura 6. Gráfica general de análisis de perfil de textura. Fuente: (ISO 5492:2008, 2012). ........ 29 Figura 7. Comportamiento de distintas reacciones y microorganismos a distintos valores de actividad de agua en un alimento. a) Oxidación de lípidos; b) reacciones hidrolíticas; c) oscurecimiento no enzimático; d) isoterma de adsorción; e) actividad enzimática; f) crecimiento de hongos; g) crecimiento de levaduras, y h) crecimiento de bacterias. Fuente: (Badui, 2006). .. 32 Figura 8. Etapas y condiciones de procesamiento para la elaboración de salami crudo fermentado. .................................................................................................................................... 55 Figura 9. Comportamiento del pH en dos tratamientos (GDL y 2GDL) de salami, fermentados a 37 °C y 90-95 % de humedad relativa. .......................................................................................... 56 Figura 10. Tiempo requerido para alcanzar valores de pH menores a 5,1 en dos tratamientos de salami. ............................................................................................................................................ 58 Figura 11. Comportamiento del pH durante la maduración del tratamiento MS1. ..................... 63 Figura 12. Comportamiento de pérdida de peso de tres réplicas del tratamiento MS1 para la determinación de las condiciones más eficientes de maduración y secado de salami. .................. 64 Figura 13. Fotografías de salami con exudado de grasa correspondientes a tres repeticiones del tratamiento MS1. A1: Repetición 1 con funda, A2: repetición 1 sin funda, A3: repetición 1 con marca de grasa. B1: Repetición 2 con funda, B2: repetición 2 sin funda, B3: repetición 2 con marca de grasa. C1: Repetición 3 con funda, C2: repetición 3 sin funda, C3: repetición 3 con marca de grasa. ............................................................................................................................... 68 vii Figura 14. Análisis de posibles causas de exudado de grasa en salami. Fuente: elaboración propia con información de Arnau (2013). ................................................................................................. 70 Figura 15. Comportamiento del pH en tratamiento M1 durante la fermentación realizada a, 32 C ° y 90 - 95 % de humedad relativa. Nota: las líneas verticales representan barras de error estandar. ......................................................................................................................................... 76 Figura 16. Comportamiento de pérdida de peso del tratamiento M1 para la determinación de las condiciones más eficientes de maduración y secado de salami. Nota: los resultados son presentados con intervalo de confianza. ........................................................................................ 77 Figura 17. Comparación fotográfica de salami elaborados aplicando tres tratamientos distintos (MS1, M1 & M2). A1: MS1 con funda, A2: MS1 sin funda. B1: M1 con funda, B2: M1 sin funda. C1: M2 con funda, C2: M2 sin funda. ................................................................................ 78 Figura 18. Comparación fotográfica del corte transversal de salami elaborados mediantes tres tratamientos distintos M1, M2 y MS1. .......................................................................................... 79 Figura 19. Resultados de prueba de agrado realizado a los productos obtenidos mediante los tratamientos M1 y M2. Nota: a) M1, b) M2. ................................................................................. 82 Figura 20. Resultados de preferencia de los productos obtenidos mediantes los tratamientos M1 y M2. .............................................................................................................................................. 83 Figura 21.Temperaturas y humedades relativas de tres repeticiones de la etapa de fermentación del tratamiento GDL. ................................................................................................................... 107 Figura 22. Temperaturas y humedades relativas de tres repeticiones de la etapa de fermentación del tratamiento 2GDL. ................................................................................................................. 107 Figura 23. Temperaturas y humedades relativas de tres repeticiones de la etapa de maduración del tratamiento MS1. .................................................................................................................... 109 Figura 24. Temperaturas y humedades relativas registradas durante la fermentación de salami con las condiciones del tratamiento M1. ...................................................................................... 110 Figura 25. Temperaturas y humedades relativas registradas durante la maduración de salami con las condiciones del tratamiento M1. ............................................................................................ 110 Figura 26. Tiempos y temperaturas de cocción de repetición 1 del tratamiento M2. ................. 111 Figura 27. Tiempos y temperaturas de cocción de repetición 2 del tratamiento M2. ................. 111 Figura 28. Tiempos y temperaturas de cocción de repetición 3 del tratamiento M2. ................. 112 viii Figura 29. Análisis de varianza del aw de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ...................................................................................................................................................... 114 Figura 30.Análisis de varianza del pH de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ...................................................................................................................................................... 114 Figura 31. Análisis de varianza del contenido de humedad de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ................................................................................................................. 115 Figura 32. Análisis de varianza del parámetro de color L* de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ................................................................................................................. 115 Figura 33. Análisis de varianza del parámetro de color a* de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ................................................................................................................. 116 Figura 34. Análisis de varianza del parámetro b* de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ..................................................................................................................................... 116 Figura 35. Análisis de varianza del parámetro C*ab de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ................................................................................................................. 117 Figura 36. Análisis de varianza del parámetro hab de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ..................................................................................................................................... 117 Figura 37. Análisis de varianza de dureza de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ............................................................................................................................................... 118 Figura 38. Análisis de varianza de adhesividad de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ..................................................................................................................................... 118 Figura 39. Análisis de varianza de elasticidad de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ............................................................................................................................................ 119 Figura 40. Análisis de varianza de cohesividad de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ..................................................................................................................................... 119 Figura 41. Análisis de varianza de masticabilidad de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ..................................................................................................................................... 120 Figura 42. Análisis de varianza de pérdida de peso de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ................................................................................................................. 120 Figura 43. Análisis de varianza del contenido de sal de salami elaborado mediante los tratamientos M1 y M2. ................................................................................................................. 121 ix Índice de Cuadros Cuadro I. Principales microorganismos utilizados como cultivos iniciadores en embutidos crudo fermentados. ................................................................................................................................... 15 Cuadro II. Parámetros, unidades de medición, definiciones y forma de medición de parámetros obtenidos mediante el perfil de textura (TPA). .............................................................................. 30 Cuadro III. Resultados de evaluación realizada en visitas de diagnóstico a la planta Inversiones ZAMU de Alajuela S.A para la definición de condiciones de proceso de elaboración de salami. 42 Cuadro IV. Formulación prueba utilizada por Inversiones ZAMU de Alajuela S.A para las pruebas de embutidos crudos fermentados y comparación con valores recomendados en la literatura. ........................................................................................................................................ 47 Cuadro V. Caracterización de equipos disponibles para la elaboración de salami en la empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. ............................................................................................. 50 Cuadro VI. Condiciones seleccionados para los tratamientos a evaluar en las etapas de fermentación, maduración y secado de salami. ............................................................................. 51 Cuadro VII. Formulaciones utilizadas en pruebas preliminares para la determinación de condiciones de fermentación, maduración y secado de salami. ..................................................... 52 Cuadro VIII. Ecuaciones y coeficiente de determinación (R2) de dos tratamientos (GDL y 2GDL) para la determinación del tiempo de fermentación de salami. .......................................... 57 Cuadro IX. Humedad relativa y temperatura de dos tratamientos (MS1 y MS2) utilizados para definir las condiciones más eficientes de maduración y secado de salami. ................................... 60 Cuadro X. Promedio de parámetros físico químicos del salami obtenido mediante el tratamiento MS1 para la determinación de las condiciones más eficientes de maduración y secado de salami. ........................................................................................................................................................ 66 Cuadro XI. Condiciones de temperatura y humedad relativa utilizadas para la etapa de maduración y secado de los tratamientos realizados. .................................................................... 74 Cuadro XII. Ecuaciones y coeficiente de determinación (R2) del tratamiento M1 para la determinación del tiempo de fermentación de salami. ................................................................... 76 Cuadro XIII. Ecuaciones y coeficiente de determinación (R2) del tratamiento M1 para la determinación del tiempo de maduración y secado de salami. ...................................................... 78 x Cuadro XIV. Parámetros físico químicos medidos a salami obtenidos mediante los tratamientos M1 y M2. ....................................................................................................................................... 79 Cuadro XV. Clasificación de materias primas no cárnicas disponibles en Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. ................................................................................................................................ 103 xi Índice de Abreviaturas AGL: ácidos grasos libres aw: actividad de agua BAL: bacterias ácidos lácticas CITA: Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos ECF: embutido crudo fermentado GDL: glucono delta lactona HR: humedad relativa Mb: mioglobina NOMb: nitrosilmioglobina NO: óxido nítrico Temp: temperatura TPA: perfil de textura xii Resumen Calderón Badilla, Stephanie Diseño y documentación del proceso de elaboración de un producto cárnico crudo fermentado (salami) en la empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. Tesis de Licenciatura en Ingeniería de Alimentos, San José, Costa Rica. Calderón Badilla, S., 2020. 140 págs. 153 refs. Se determinaron las condiciones de fermentación, maduración y secado para la elaboración de salami crudo fermentado en la empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. Se realizó una evaluación de las materias primas disponibles, formulación utilizada, equipos disponibles para producción y condiciones de procesamiento en la planta. Se determinó que se requerían modificaciones en la formulación utilizada debido a la presencia de un preservante que inhibía el crecimiento adecuado del cultivo iniciador. Además, se eligieron condiciones de proceso para las pruebas que pudieran reproducirse en los equipos disponibles en la empresa. Se evaluaron dos cantidades de glucono delta lactona (GDL) (2,5 g/kg y 5 g/kg) y se utilizó el tiempo para alcanzar un valor de pH menor a 5,1 como variable respuesta. Se determinó que a mayor cantidad de GDL, menor es el tiempo requerido para alcanzar el pH deseado. Se planteó la evaluación de maduración y secado del salami con humedad escalonada utilizando deshumidificador (MS1) y sin deshumificador (MS2) en la cámara y se utilizó como variable respuesta el tiempo requerido para alcanzar una pérdida de peso del 40 %. Al realizar pruebas preliminares se determinó que no era posible obtener las condiciones deseadas de humedad relativa sin el deshumidificador, por lo que el tratamiento MS2 no se realizó. Los salami obtenidos al madurar y secar con las condiciones de MS1 presentaron gran cantidad de exudado de grasa, el cual es un defecto en estos productos. Se detuvo la evaluación de las condiciones de maduración y secado y se decidió realizar modificaciones para obtener un producto aceptable. Al realizar una análisis de causa raíz se encontró que la aplicación de alta temperatura durante la fermentación fue la principal causa del defecto observado y que además, la adición de oleorresina contribuía a este defecto. En el producto modificado (M1) se disminuyó la temperatura de fermentación y se eliminó la oleorresina utilizada en el producto. Además, se xiii realizó un tratamiento con cocción posterior (M2). Los productos obtenidos fueron sometidos a una caracterización fisicoquímica (pH, aw, contenido de sal, color instrumental, textura instrumental y contenido de humedad) y se determinó que ambos eran aceptables y que no presentaron exudado de grasa. Se realizó un “bench testing” con miembros de la empresa y se determinó de forma preliminar que ambos productos fueron gustados y que no existe preferencia por ninguno de los productos. Palabras claves: exudado de grasa, fermentación, maduración, pH, salami, secado. M. Sc. Adriana Araya Morice Escuela de Tecnología de Alimentos 1 1. Justificación El origen de los embutidos fermentados no se conoce con exactitud, sin embargo, es sabido que han sido elaborados por más de dos mil años en los países mediterráneos. En sus inicios, el principal objetivo de estos productos era aprovechar los residuos cárnicos y aumentar su vida útil (Zeuthen, 2007). En la actualidad se elaboran con un principio similar al original, mezclando carne y especias y luego embutiéndolas en una funda. Posteriormente, se fermentan, secan y maduran por un período de tiempo determinado. Hoy estos productos se consumen en la mayor parte del mundo, no obstante Europa es el mayor productor y consumidor de los mismos (Talon, Leroy, & Fadda, 2004). El consumo de embutidos fermentados ha presentado un aumento en Costa Rica en los últimos años, por lo que algunas empresas de la industria cárnica han realizado esfuerzos para diseñar procesos de elaboración de productos similares a los elaborados en Europa (Fernández, 2013). La empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A., con más de 80 años de experiencia en la fabricación de productos cárnicos y embutidos, es una de las empresas que desea incursionar en dicho mercado con la producción de chistorra, longaniza, cantimpalo, salami y fuet. Actualmente en Costa Rica se comercializan pocas marcas de embutidos fermentados y la mayoría de ellas son importadas (Fernández, 2013), por lo anterior, la producción de estos embutidos a nivel nacional puede otorgar a la empresa una ventaja competitiva al incursionar en un mercado que aún no se ha explotado en nuestro país. Los productos cárnicos fermentados poseen un pH ligeramente ácido, el cual ronda entre los 4,8 – 5,8, una actividad de agua menor a 0,94 y una vida útil tentativa de varios meses (Di Gioia, 2015). Los embutidos fermentados requieren un procesamiento controlado para asegurar la obtención de productos inocuos y con la calidad adecuada. La fermentación de estos productos consiste en el consumo de azúcares, por parte de microorganismos, en ausencia de oxígeno y la generación de ácidos orgánicos (Mani, 2018). La obtención de un embutido fermentado de calidad depende, principalmente, de dos factores: la correcta acidificación con ácido láctico, proveniente de la conversión del reservorio de glucógeno presente en los tejidos cárnicos y de los azúcares adicionados, y la disminución de la actividad de agua del producto por la maduración y secado (Ockerman & Basu, 2014). Por ello, el establecimiento de condiciones adecuadas y el control de las etapas de fermentación y maduración es de suma importancia para tener la 2 eficiencia adecuada del cultivo fermentador y lograr el descenso adecuado del pH y la actividad de agua. Además, de lograr una etapa de maduración que desarrolle aromas y sabores característicos del producto (Martín, 2005). La carne es una materia prima rica en nutrientes y debido a sus características se considera un ambiente óptimo para el crecimiento y propagación de microorganismos, tanto de deterioro como patógenos (Gul, Singh, & Wani, 2016). La susceptibilidad de esta materia prima debe tomarse en cuenta al elaborar productos cárnicos crudos fermentados, ya que se debe asegurar el cumplimiento de Buenas Prácticas de Manufactura (BPM), el establecimiento de parámetros de proceso adecuados y la utilización de materia prima de calidad para obtener un producto inocuo. La calidad de los embutidos fermentados depende no solo de la calidad de los ingredientes utilizados y de la composición de la población microbiológica, sino también de las condiciones especificas de procesamiento y maduración (Yilmaz & Velioglu, 2009). Por ello, se requiere de la definición y control de parámetros específicos de temperatura, humedad relativa y velocidad del aire durante la fermentación, secado y maduración de estos productos, con el fin de asegurar el crecimiento microbiológico de los cultivos iniciadores y la acción enzimática adecuada (Toldrá, 2017). La definición y control adecuado de los parámetros antes mencionados permite la obtención de un producto crudo fermentado que cumpla con las características de calidad deseadas. El color rojizo fuerte de los embutidos fermentados se debe a la formación de nitroso mioglobina como resultado de una serie de reacciones que implican la formación de oxido nítrico a partir de nitrito y su reacción posterior con la mioglobina. Para lograr la coloración adecuada se debe asegurar la reducción adecuada del nitrato y la disminución del pH, ya que estos factores afectan de forma directa la formación de nitroso mioglobina y por ende la obtención del color rojo característico (Talon et al., 2004). Asimismo, el aroma y sabor de los embutidos fermentados son algunas de las características más importantes de estos productos, las cuales se generan principalmente por la formación de ácido láctico dada por la fermentación de carbohidratos, así como otras reacciones bioquímicas. El pH es el parámetro más importante a controlar debido a que la actividad de las bacterias ácido lácticas es la que contribuye al sabor ácido característico de estos productos, no 3 obstante una acidificación excesiva puede impartir sabores indeseados y afectar la calidad del producto (Flores & Olivares, 2015). Con respecto a la textura, al adicionar sal a la materia cárnica se da la solubilización de las proteínas musculares, las cuales coagulan y forman un gel provocado por la acidificación causada por las bacterias ácido lácticas. La formación del gel se estabiliza por la pérdida de agua y determina la textura del embutido. La textura adecuada es entonces determinada tanto por el pH del producto como por las condiciones de secado, lo cual implica que también estas condiciones requieren de un control adecuado para la obtención del producto deseado (Talon et al., 2004). Desde el punto de vista de inocuidad, estos productos son considerados de alto riesgo debido a que no poseen un tratamiento térmico para eliminar patógenos y por la naturaleza de la carne y sus condiciones de procesamiento existe un alto riesgo de presencia de patógenos como Salmonella sp., Escherichia coli, Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes (Mor-Mur & Yuste, 2010). Por ello, se debe asegurar el alcance adecuado de las barreras que controlan el crecimiento microbiano, las cuales en este caso son un pH ácido, actividad de agua baja, contenido de sal y contenido de nitritos adecuado (Lund, Baird, & Gould, 2000). Además, se debe asegurar la utilización de materias primas inocuas para evitar la introducción de patógenos a la planta de procesamiento. Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. es una empresa costarricense que elabora productos cárnicos desde 1933. Actualmente se encuentra certificada con FSC 22000 v4 y tiene como misión brindar a sus clientes alimentos de calidad mediante el cumplimiento y mejora continua de estándares de inocuidad, equipo y servicio (Grupo MAZU, n.d.). Por ende, para la empresa es de suma importancia que mediante esta práctica dirigida se desarrolle un proceso que produzca un embutido crudo fermentado que cumpla con los requisitos de calidad e inocuidad establecidos por la norma antes mencionada. La empresa desea ampliar su catálogo de productos e incorporar una línea de embutidos crudos fermentados, los cuales no se producen ampliamente en Costa Rica. A pesar de un esfuerzo preliminar realizado, no se ha logrado la obtención de los productos con las características deseadas de color y textura ni los valores de pH adecuados, lo cual ha frenado su producción y lanzamiento al mercado. Por ende, el diseño del proceso de producción de salami utilizando los recursos disponibles en la empresa, como primer producto de esta nueva línea de producción, favorecerá en la definición del proceso y parámetros de 4 producción y calidad necesarios para asegurar el lanzamiento en el mercado del producto, además del establecimiento de un procedimiento que puede ser aplicado a otros productos similares. Para definir un proceso adecuado para la empresa es fundamental realizar una evaluación previa que permita realizar una verificación detallada de la condiciones y factibilidad de procesamiento de los equipos disponibles en la planta de Inversiones ZAMU de Alajuela S.A., así como de las características de las materias primas utilizadas y la formulación del producto con el fin de desarrollar un proceso que se adecue a los equipos disponibles en la empresa, logrando un producto inocuo que cumpla con las características deseadas. La elaboración y documentación del procedimiento para la elaboración del salami facilitará la implementación adecuada del proceso y puesta en marcha de la línea de embutidos crudos fermentados permitiendo la elaboración de un embutido reproducible y de calidad que cumpla con las exigencias del cliente. Considerando lo antes mencionado, esta práctica dirigida tiene como objetivo establecer las condiciones de proceso y características del producto final para la elaboración de un embutido crudo fermentado (salami) en la empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. 5 2. Objetivos General Establecer las condiciones de proceso y características del producto final para la elaboración de un embutido crudo fermentado (salami) en la empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. mediante una evaluación de condiciones de proceso iniciales, pruebas a escala piloto y documentación del procedimiento de operación estandarizado. Específicos • Examinar las condiciones de procesamiento, equipos de producción, materias primas y formulación disponibles en la empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. para obtener información que permita establecer un proceso de elaboración de un embutido crudo fermentado (salami). • Evaluar variaciones, viables para la empresa, en la etapa de fermentación del proceso de elaboración de un embutido crudo fermentado (salami), para la elección de condiciones que permitan el alcance de valores de entre pH 5,0 – 5,1 posterior a la fermentación. • Evaluar variaciones, viables para la empresa, en la etapa de maduración y secado del proceso de elaboración de un embutido crudo fermentado (salami), para la elección de condiciones que permitan el alcance de una pérdida de peso del 40 % en el producto terminado. • Evaluar modificaciones en la formulación y procesamiento de los prototipos realizados para la obtención de un producto apto para ser comercializado. • Documentar el procedimiento de elaboración del producto crudo fermentado (salami) para la aplicación de un proceso reproducible en la empresa Inversiones ZAMU de Alajuela S.A. 6 3. Marco Teórico 3.1. Embutidos crudos fermentados (ECF) 3.1.1. Definición De acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura (2014) un embutido crudo fermentado (ECF) consiste en una mezcla de carnes magras y tejidos grasos combinados con sales de cura, azúcares y especias y usualmente embutido en una funda. Además, sus características son completa o parcialmente dependientes de la fermentación generada por ciertos tipos de bacterias. Dichos productos no son sometidos a un tratamiento térmico previo a su consumo y pueden ser clasificados en distintas categorías. Existes muchas variaciones en la elaboración de ECF, las cuales se pueden deber a la formulación, tipo de cultivo utilizado, grado de molienda de las materias primas cárnicas, calibre, fermentación y condiciones de maduración (Talon et al., 2004). Independiente de estas variaciones, un producto se considera ECF siempre y cuando cumpla con los parámetros establecidos de reducción de pH y actividad de agua (Lachowicz, Zochowska-Kujawska, & Sobczak, 2012). 3.1.2. Orígenes La fermentación y el secado se consideran unas de las técnicas más antiguas para la conservación de alimentos en general y la cual, también era aplicada a alimentos de origen cárnico, tanto embutidos como piezas enteras. Existen evidencias que sugieren su existencia desde hace más de 2000 años, tanto en Asia como en Europa (Puolanne & Petaja-KanninenEsko, 2015). Debido a las múltiples características que hacen de la carne un sustrato ideal para el deterioro, era necesario encontrar formas para alargar su vida útil, sin embargo, se descubrió que la fermentación también generaba sabores y olores agradables (Gul et al., 2016). En Europa, la producción y consumo de ECF inició en el área mediterránea debido a las condiciones climáticas de la zona, las cuales favorecían el secado y maduración natural de estos productos. En las zonas frías del norte de Europa, las condiciones climáticas no favorecían el secado natural, por lo que se aplicaban técnicas de ahumado para obtener alimentos deshidratados. Fueron los romanos quienes perfeccionaron y extendieron estas técnicas de producción a través de su imperio (Vignolo, Fontana, & Fadda, 2010). 7 Durante muchos siglos la elaboración de productos crudos fermentados se realizó de manera empírica alrededor del mundo, lo anterior generó una gran variedad de productos con diferentes características sensoriales y de larga vida útil. Fue hasta finales del siglo XIX cuando se inició el estudio y entendimiento de la química y microbiología asociadas los mismos. Hoy, estos métodos siguen siendo utilizados para elaborar embutidos gracias al desarrollo de aromas, texturas y sabores que estos procesos generan en los productos (Toldrá, 2002). 3.1.3. Tipos de embutidos crudos fermentados (ECF) Los embutidos crudos fermentados son un grupo de alimentos sumamente heterogéneo debido a su amplia variabilidad, así como sus múltiples orígenes geográficos. Por ello, no existe solamente una clasificación para este tipo de productos. Las clasificaciones utilizadas más comúnmente son por región de origen y por contenido de humedad. Es importante destacar que en los Estados Unidos estos productos deben cumplir con características o parámetros específicos para el país, los cuales difieren a los establecidos en la mayoría de países europeos. La principal diferencia radica en que en Estados Unidos estos productos se clasifican por la proporción humedad : proteína (MPR), la cual se obtiene mediante la división del porcentaje de humedad del producto entre el porcentaje de proteína. En cambio en Europa se utiliza como parámetro la actividad de agua (aw), la cual se considera un parámetro más adecuado para determinar la estabilidad del producto (Sebranek, 2004). Debido a que Europa es la mayor zona de producción de ECF, una de las clasificaciones más conocidas es la que divide estos productos en los elaborados en el Norte de Europa y en el Sur de Europa o Mediterráneo. Los ECF del Norte de Europa son productos que contienen cerdo y res, así mismo poseen períodos cortos de maduración y las temperaturas a las que se realiza la fermentación no exceden los 30 °C (Demeyer & Stahnke, 2002). Además, alcanzan valores de pH entre los 4,8 -4,9. El salami húngaro y alemán pertenecen a esta clasificación (Talon et al., 2004). En contraste, los ECF mediterráneos o del Sur de Europa son elaborados a base de cerdo solamente y requieren períodos de maduración mucho mayores. Las temperaturas que se utilizan para fermentar estos productos son menores a las del Norte y no hay una separación clara en las etapas de fermentación y maduración (Demeyer & Stahnke, 2002). Los valores de pH alcanzados en estos productos se encuentran entre 5,2 - 5,8. Estos incluyen el salami italiano, salchichón español y saucisson francés (Talon et al., 2004). 8 Dentro de la clasificación anterior se pueden encontrar embutidos secos y semisecos, categorías también utilizadas para clasificar estos productos. a. Secos Los embutidos secos son elaborados a base de carne picada o molida y son sometidos a períodos largos de maduración. Entre los principales productos destacan el salami, salchichón y pepperoni (Ockerman & Basu, 2016) . Para los Estados Unidos este tipo de producto posee las siguientes características: reducción de pH de entre 4,7 – 5,3, pérdida de humedad del 20 % - 50 % y porcentaje de humedad menor al 35 %. Además debe fermentarse a temperaturas entre los 15 °C - 40 °C de 1 a 5 días y deben contener nitritos (Ockerman & Basu, 2016). Para Europa debe darse una reducción de pH entre 5,3 – 5,6; deben presentar una pérdida de humedad del 20 – 50 % y un porcentaje de humedad de 20 % - 45 %. Con respecto al procesamiento puede darse a temperaturas entre los 22 °C - 26 °C por 12 a 14 semanas (Ockerman & Basu, 2016). En ambos casos los embutidos secos se caracterizan por tener un sabor menos ácido que los embutidos semisecos. b. Semisecos Estos productos se distinguen por un sabor mucho más ácido que los secos, debido a que son sometidos a procesos forzados de fermentación. Su contenido de humedad es mayor que el de los embutidos secos, pero menor que el de los embutidos cocidos con agua adicionada (Vignolo et al., 2010). Al igual que los embutidos secos son elaborados con carne picada o molida y la acción bacteriana reduce el pH a valores menores a 5,0. Son secados para remover 8 % - 30 % de la humedad y poseen un contenido de humedad del 30 al 50 %. Generalmente son empacados posterior al secado y calentamiento, además pueden ser ahumados (Ockerman & Basu, 2016). En los Estados Unidos, la mayoría de los embutidos semisecos son fermentados rápidamente (doce horas o menos) a altas temperaturas (32 °C - 46 °C) y posteriormente cocidos, pero no son sometidos a un proceso de secado. En cambio en Europa, estos productos generalmente experimentan un proceso de pérdida de peso durante las operaciones de cocción o ahumado. Además, la fermentación se realiza de forma lenta (24 horas o más) y a menor 9 temperatura (Sebranek, 2004). Estos productos incluyen el “summer sausage”, chorizo y salchichón español, entre otros (Ockerman & Basu, 2016). 3.1.4. Definición de salami Según la Norma Oficial de Productos Cárnicos: Clasificación y Características, el salami o salame “se entiende como el embutido seco, elaborado sobre la base de carne de cerdo o carne de cerdo y vacuno, con el agregado de tocino, triturados y mezclados, con ingredientes y aditivos de uso permitido, introducido en tripas autorizadas, cocido o no, ahumado o no y sometido a proceso de maduración” (Poder Ejecutivo, 2008). 3.1.5. Tipos de salami Es posible encontrar muchos tipos de salami, cuyas variaciones se deben principalmente a la región o país de origen del producto. Entre los tipos más conocidos destacan: Salami Milano: también conocido como Crespone, se elabora con carne de res y cerdo molida finamente y con adición de sal, pimienta y ajo. Se originó en los pueblos de Codogno y San Colombano al Lambro, Italia. El secado se realiza a temperaturas entre los 3 °C y 7 °C o 15 °C y 25 °C. Su apariencia y sabor es similar al salami húngaro, pero su textura característica se debe al equipo utilizado para la molienda llamado “finimondo”(Aquilanti, Garofalo, Osimani, & Clementi, 2012). Salami húngaro: como su nombre lo indica es un salami de origen húngaro elaborado generalmente de carne de cerdo, la cual es obtenida de cerdos mayores de dos años debido a que su carne es mucho más oscura, firme y posee un menor contenido de agua disponible. Se utilizan azúcares, nitritos y algunas especias como pimienta, nuez moscada y clavo de olor. Se elabora a bajas temperaturas de fermentación (10 °C -12 °C) hasta obtener un aw menor a 0,95 (Feiner, 2016d). Salami Genovese es un ECF seco con una proporción de humedad : proteína no mayor a 2,3:1. Es preparado solamente de carne de cerdo o con una mezcla de cerdo con una pequeña cantidad de res. La carne es sometida a un proceso de molienda grueso y posteriormente embutido en una funda natural. En este producto no se utiliza proceso de ahumado (Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, 2005). Salami alemán: se elabora con 70 % - 80 % de carne de cerdo y el restante de carne de res. Es un producto de fermentación media ya que alcanza valores de pH entre 4,8 -5,1 en 3 – 4 días. 10 Contiene nitrito, ascorbato, pimienta blanca, pimienta negra, ajo, culantro y semillas de alcaravea (Feiner, 2016d). Salami cotto: este tipo de salami es sometido a un proceso de fermentación de 2 a 7 días, posteriormente cocido y algunas veces ahumado. Contiene granos de pimienta enteros y debe refrigerarse (Toldrá & Reig, 2007). Kantwurst: este producto es de origen austriaco y es un tipo de ECF rectangular con valores de pH entre 4,8-5,0. Se elabora con cultivos fermentadores y contiene especias como pimienta, ajo, culantro y semillas de alcaravea. Se utiliza una fermentación lenta de 2 a 3 días en la que el producto se coloca en una prensa para obtener su forma característica (Feiner, 2016d). 3.1.6. Producción y consumo de ECF a nivel global y en Costa Rica La producción y consumo de ECF se ha expandido en el mundo, sin embargo Europa continúa siendo el principal productor y consumidor de estos productos. Los datos referentes al consumo de ECF son escasos y poco actualizados. Sin embargo, es sabido que países como España, Italia, Alemania y Francia poseen los mayores valores de producción y consumo per cápita (Holck, Heir, Johannensen, & Axelsson, 2015). En estos países entre 20 % - 40 % de los productos cárnicos procesados corresponden a embutidos fermentados. En el caso de Estados Unidos, se estima que un 5 % de la producción de carne es procesada en embutidos fermentados (Hames, Haller, & Ganzle, 2008). Con respecto a Costa Rica no hay datos reportados sobre el consumo de estos productos. 3.1.7. Normas de ECF En Costa Rica no existe una norma o reglamento específico para la producción y comercialización de salami o de productos crudos fermentados en general, por lo que debe cumplirse lo establecido en la Norma Oficial de Productos Cárnicos Clasificación y Características, Reglamento Técnico Centroamericano RTCA 67.04.54:10 Alimentos y Bebidas Procesadas. Aditivos Alimentarios y la Norma Oficial de Etiquetas para Productos Alimenticios. 3.2. Materias primas en productos crudos fermentados La calidad de las materias primas utilizadas en la elaboración de estos productos es de suma importancia, ya que al no ser tratados térmicamente, su calidad depende en gran parte de la 11 baja carga microbiológica de las materias primas utilizadas. Para la elaboración de ECF se utilizan materias primas cárnicas y no cárnicas, las cuales se detallan a continuación. 3.2.1. Materias primas cárnicas a. Carne i. Definición El Reglamento técnico RTCR 411 define carne como: “la parte muscular comestible de los animales de abasto sanos faenados, constituida por todos los tejidos blandos que rodean el esqueleto, tendones, vasos sanguíneos, grasa, nervios, aponeurosis y todos los tejidos no separados durante la faena. Además se considera carne al diafragma, los músculos del sostén del hioides, corazón y esófago”. b. Tocino i. Definición El tocino se define como “los trozos de tejido adiposo que se encuentran en la región dorso lumbar y en la papada del cerdo” (Poder Ejecutivo, 2008). ii. Tipos de tocino El tocino adecuado para la elaboración de ECF es el obtenido de la zona dorsal del cerdo debido a su consistencia y firmeza. Los tejidos adiposos provenientes de la barriga y los que posean consistencia blanda no deben utilizarse debido a que contienen un mayor porcentaje de grasas insaturadas, lo cual favorece la oxidación y además presentan poca resistencia al corte (Garabello & Díaz, 2017). Con respecto al almacenamiento, se deben evitar periodos prolongados debido a que ciertas lipasas se mantienen activas a bajas temperaturas, provocando la liberación de ácidos grasos libres que podrían causar oxidación y rancidez (Sheikha & Bakar, 2013). 3.2.2. Materias primas no cárnicas a. Sal De acuerdo al RTCA 67.04.54:10 “la sal se trata principalmente de cloruro de sodio de calidad alimentaria. Incluye la sal de mesa, la sal yodada y la sal dendrítica” (MEIC, 2012). A nivel tecnológico, la sal es un ingrediente de gran importancia en la elaboración de ECF, el alto contenido de sal en estos productos contribuye a la estabilidad microbiológica y vida útil 12 mediante el enlace con moléculas de agua. Dichos enlaces disminuyen el agua libre en el producto y por ende reducen la disponibilidad de la misma para los microorganismos (Holck, Axelsson, Mcleod, Rode, & Heir, 2017). Además, una función fundamental de la sal en ECF es la solubilización de las proteínas miofibrilares, las cuales son solubles solamente en alta fuerza iónica. Dicha solubilización es necesaria para la obtención de la textura característica de estos productos (Alves, 2015). b. Nitritos y nitratos El nitrito y nitrato se utilizan en ECF en la forma de sales de sodio y potasio. El término nitrito se utiliza para referirse tanto al anión (NO2 -) como al ácido nítrico (HNO2). Las funciones del nitrito en los productos cárnicos son: • Formación de coloración roja: El óxido nítrico generado a partir del nitrito reacciona con la mioglobina y produce el pigmento rojo/rosado típico de los embutidos curados (Sebranek, 2009). • Desarrollo de sabor y aroma característico: el papel de los nitritos en el desarrollo de sabor de los ECF es complejo y en algunos casos se tiene poca información sobre sus mecanismos de acción. No obstante, es sabido que se da la unión de nitritos con proteínas y lípidos, lo que provoca la formación de compuestos tanto volátiles como no volátiles los cuales contribuyen al sabor de estos productos. Además, la unión de nitritos a aminoácidos que contienen sulfuro resulta en la formación de residuos con enlaces SH los cuales imparten un aroma y sabor específicos (Govari & Pexara, 2015). • Efecto bacteriostático: el nitrito puede actuar como preservante contra bacterias como Salmonella sp., Staphylococcus aureus y especialmente Clostridium botulinum. En concentraciones de 80–140 ppm de nitrito/kg de producto es considerado una barrera efectiva contra el crecimiento de bacterias. Sin embargo, el nitrito posee poco impacto contra bacterias como Micrococci, Lactobacillus, y Enterococci (Feiner, 2016b) • Efecto antioxidante: el nitrito puede actuar como secuestrante de oxígeno, ya que puede oxidarse fácilmente a NO2. Al reaccionar con el oxígeno, disminuye su presencia en los ECF y evita el desarrollo de rancidez y sabores extraños (Govari & Pexara, 2015). 13 El nitrato (NO3 -) es la sal del ácido nítrico. Se utiliza en ECF para desarrollar y estabilizar la coloración rosada características de carnes curados. Sin embargo, este compuesto por sí solo no es efectivo en las reacciones de curado hasta que es reducido a nitrito. Debido a que puede reducirse a nitrito, posee las mismas funciones que este compuesto (Igoe, 2011), las cuales fueron mencionadas anteriormente. La reducción del nitrato en ECF se da por la acción de la enzima nitrato reductasa de algunas bacterias, las cuales pueden estar presentes en la pasta naturalmente o por la adición mediante cultivos iniciadores (Sheikha & Bakar, 2013). c. Acidulantes Estos aditivos son compuestos químicos que controlan o ajustan el pH del alimento al que se adicionan (Aramouni & Deschenes, 2015). Pueden ser utilizados como agentes saborizantes, inhibidores del crecimiento microbiano, agentes quelantes, amortiguadores, agentes gelificantes o coagulantes, entre otros (Igoe, 2011). En el momento de elegir el acidulante indicado para cada producto, se deben tomar en cuenta aspectos como solubilidad en agua, perfil de sabor, higroscopicidad y estado físico (Aramouni & Deschenes, 2015). Estos productos se pueden adicionar de forma directa como la glucono delta lactona (GDL) o encapsulado como el ácido cítrico y el ácido láctico. La encapsulación del ácido cítrico y el ácido láctico se realiza debido a que estos ácidos no pueden adicionarse de forma directa en la pasta de los embutidos, debido a que generan una acidificación inmediata provocando que las proteínas cárnicas coagulen y por ende impidiendo el proceso de embutición (Pegg & Shahidi, 2007). d. Azúcares Los carbohidratos son utilizados como sustrato para el crecimiento microbiano y la fermentación ácido láctica. La velocidad de formación de ácido láctico está directamente relacionada con el tipo y cantidad de carbohidrato utilizado. El uso de azúcares metabolizables, como la sacarosa y dextrosa, genera caídas rápidas de pH inhibiendo el crecimiento de bacterias sensibles al ácido. Mientras que el uso de carbohidratos de metabolización lenta (dextrinas) reduce la velocidad de generación de ácido láctico y por ende, la disminución del pH (Xiong & Mikel, 2001). El uso de azúcares simples, como la dextrosa y sacarosa, se considera más efectivo debido a que pueden ser transportados a través de la pared celular bacteriana sin necesidad de ser 14 degradados. La cantidad de azúcar añadido a embutidos secos y semi secos está entre 0,5% y 2 %. Entre menor es el pH deseado, mayor la cantidad de azúcar que debe adicionarse. e. Cultivos Tradicionalmente, la fermentación de los ECF se realizaba utilizando microbiota de las materias primas utilizadas. Sin embargo, la utilización de este tipo de microbiota resulta en productos con características poco consistentes debido a las posibles variaciones de microorganismos que actúan durante la fermentación (Ockerman & Basu, 2014). Los cultivos iniciadores son preparaciones microbiológicas que contienen grandes cantidades de células de al menos un microorganismo, las cuales son añadidas a las materias primas para acelerar el proceso de fermentación de un producto (Ray & Joshi, 2014). Previo a la utilización de cultivos iniciadores, la inoculación se realizaba adicionando una porción de pasta del embutido del lote anterior con el fin de aumentar la cantidad de bacterias ácido lácticas presentes. No obstante, este método ya no es utilizado en plantas de producción de ECF debido a que todas las bacterias presentes en el lote anterior, incluidas las no deseadas, eran incluidas en el nuevo lote de ECF (Feiner, 2016c). El uso de cultivos iniciadores permite un mayor control del proceso de fermentación y la obtención de resultados más consistentes. Además, reduce el tiempo de fermentación, disminuye las posibilidades de deterioro, mejora la inocuidad y el desarrollo de color y sabor en el producto (Leroy, Verluyten, & De Vuys t, 2006). Los cultivos utilizados en ECF deben tolerar altos contenidos de sal, pH ácido y bajo aw, los cuales son condiciones típicas en este tipo de productos (Toldrá, 2017). En la fermentación de ECF, se identifican dos grupos principales de microorganismos como responsables de las transformaciones que se llevan a cabo durante las etapas de fermentación y maduración: bacterias ácido lácticas (BAL), especialmente Lactobacillus sp. y cocos Gram positivo coagulasa negativo, especialmente Staphylococcus sp. Las BAL son responsables de la producción de ácido láctico, así como del descenso en el pH que provoca la coagulación de proteínas cárnicas y su sabor ácido característico (Garriga & Aymerich, 2014). i. Tipos de microorganismos Los cultivos iniciadores poseen distintas mezclas de microorganismos según las características del embutido deseado, así como del tipo de fermentación a realizar. En el Cuadro I se detallan algunos de los microorganismos más utilizados y sus funciones principales en la elaboración de ECF. 15 Cuadro I. Principales microorganismos utilizados como cultivos iniciadores en embutidos crudos fermentados. Tipo de microorganismo Género Especie Funciones principales Bacterias ácido lácticas Lactobacillus Lactobacillus sakei, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus Acidificación Disminución de población de microorganismos no deseados Peddiococcus Peddiococcus pentosaceus, Peddiococcus acidilacti Acidificación Staphylococcus coagulasa negativo Staphylococcus Staphylococcus xylosus, Staphylococcus carnosus, Staphylococcus equoris Desarrollo de color y aroma debido a actividad catalítica lipolítica y proteolítica. Además de capacidad de degradación de aminoácidos y ácidos grasos. Mohos Penicillium Penicillium nalgiovense, Penicillium chrysogenum Reducción de rancidez por uso de oxígeno y producción de catalasa. Aumento de pH por oxidación de ácido láctico y producción de amonio. Desarrollo de sabor por actividad lipolítica y proteolítica. Levaduras Debaryomices Debaryomices hansenii Desarrollo de sabor debido a actividad lipolítica y proteolítica. Aumento de pH debido a descomposición de peróxidos y consumo de ácido acético y láctico. Fuente: Adaptado de (Toldrá, 2017) y (CHR. Hansen, 2009) 16 f. Fundas o tripas La funda o tripa es un “producto flexible, elaborado con un material de colágeno de origen animal, celulosa, materiales sintéticos o mezclas de éstos; de permeabilidad variable, que se utiliza para embutir productos cárnicos procesados” (Poder Ejecutivo, 2009). En la producción de salchichas fermentadas es importante la selección de la funda utilizada debido a que actúan como barreras microbiológicas y también influyen en el crecimiento de los microorganismos beneficiosos (Pecanac, Baltic, & Djordjevic, 2015). Las tripas naturales son el intestino de res, cerdo u oveja y son utilizados para embutir productos como salchichas, salami, entre otros. Debido a su naturaleza la contaminación con microorganismos entéricos y exógenos es inevitable, sin embargo la calidad microbiológica depende de las prácticas de manufactura, el manejo post proceso y las temperaturas de almacenamiento (Chawla, Chander, & Sharma, 2006). Este tipo de tripas resiste la presión generada durante la embutición, son permeables al vapor de agua, gases y humo. Además, son elásticas y pueden cerrarse en los extremos con clips. Las tripas naturales se utilizan comúnmente en procesos tradicionales de producción debido a la heterogeneidad del diámetro de las mismas (Djordjevic, Pecanac, Todorovic, & Dokmanovic, 2015). Las tripas artificiales fueron creadas a inicio del siglo XX, cuando los requerimientos de la industria cárnica superaron la oferta de tripas naturales (Campos, Rivas, Elisa, & Castro, 2018). En el mercado es posible encontrar fundas artificiales elaboradas a base de colágeno, celulosa, nylon, entre otros (Wu, Chi, & Christieans, 2015). Este tipo de fundas ha aumentado su popularidad debido a la uniformidad de su tamaño, forma, fortaleza, flexibilidad y calidad higiénica. Entre sus principales ventajas destacan que no requieren almacenamiento a bajas temperaturas y no presentan problemas de deterioro durante su almacenamiento y transporte (Feng, Drummond, Zhang, & Sun, 2014). g. Especias El Reglamento técnico RTCR 411:2008 define especias como: “los productos vegetales sin materias extrañas, que se utilizan enteras o en polvo, o sus extractos, en pequeñas cantidades, para proporcionar sabor, aroma y color a los alimentos” (Poder Ejecutivo, 2009). Las especias son lo que diferencia principalmente los ECF, la pimienta molida (0,2% – 0,3%) se encuentra prácticamente en todos los tipos de ECF. Las semillas de mostaza, culantro, jengibre, cardamomo, nuez moscada, clavo de olor, paprika y ajo son algunas de las especias utilizadas en 17 este tipo de productos (Chi & Wu, 2015). Además de ser utilizadas para el sabor, estas materias primas también poseen un efecto directo en la velocidad de fermentación. Se ha demostrado que algunas especias, como el ajo, nuez moscada, canela y jengibre estimulan la producción de ácido debido a que contienen cantidades significativas de manganeso. El manganeso es un elemento esencial para el crecimiento de los cultivos y facilita la producción rápida de ácido (Sebranek, 2004). También se ha demostrado que algunas especias poseen actividad microbiana contra microorganismos no deseados (Vignolo et al., 2010). h. Antioxidantes Los antioxidantes son compuestos que inhiben la oxidación de otras moléculas ( Joshi & Biswas, 2015) debido a que poseen la capacidad de donar radicales hidrógeno. Estos radicales pueden reaccionar con otros radicales libres para prevenir la propagación de las reacciones durante el proceso de oxidación. Al unirse a los radicales libres, minimizan la rancidez y retardan la oxidación lipídica sin alterar las características sensoriales de los productos cárnicos y alargando su vida útil (Kumar, Yadav, Ahmad, & Narsaiah, 2015). El ácido ascórbico, ascorbato, eritorbato y en algunas ocasiones tocoferoles son algunos de los antioxidantes comúnmente utilizados en ECF (Feiner, 2016c). 3.2.3. Reglamentación en uso de aditivos en ECF Los ECF deben cumplir con los parámetros establecidos en el Reglamento Técnico Centroamericano RTCA 67.04.54:10 para Alimentos y Bebidas Procesadas. Aditivos Alimentarios (MEIC, 2012). 3.3. Elaboración de ECF A continuación se mencionan algunas de las operaciones más comunes en el proceso de elaboración de embutidos crudos fermentados. 3.3.1. Picado y mezclado La reducción de tamaño de las materias primas cárnicas (carne y grasa) se realiza generalmente en una cutter o picadora industrial, la cual está compuesta por un set de cuchillas y un tazón, ambos rotatorios. En este equipo se realiza tanto el picado de la carne como el mezclado con las materias primas no cárnicas (Demeyer, 2004). 18 Al realizar el picado y mezclado en una picadora se añade primero la carne, posteriormente se adicionan el cultivo y los condimentos, y luego la grasa hasta obtener el tamaño de partícula deseado. Finalmente, se adiciona la sal de cura y se mezcla para asegurar una distribución homogénea en la pasta. Al realizar el picado la carne debe estar fría o ligeramente congelada y el tocino debe estar congelado para evitar el embarrado (Medić, 2007). La velocidad del picado, así como el orden de la adición de los ingredientes determinan el tamaño de partícula de la grasa, este parámetro debe controlarse cuidadosamente ya que afecta el daño generado al tejido graso y el incremento en la temperatura de la pasta. En esta etapa se desea evitar la incorporación de oxígeno a la mezcla por lo que, de ser posible, es mejor realizarse bajo condiciones de vacío. Si se desea obtener tamaños de partícula de mayor grosor, es recomendable realizar el picado de la carne en un molino (Demeyer, 2004). 3.3.2. Embutido Posterior al picado y mezclado, la pasta debe introducirse en una embutidora intentando reducir el aire presente en la mezcla. La pasta se embute en tripas, ya sea naturales o artificiales, que sean permeables al vapor de agua, oxígeno y humo. Durante esta operación debe controlarse la presión de embutido, ya que debe ser lo suficiente para evitar espacios vacíos en el embutido, pero no excesiva ya que puede provocar el rompimiento de la funda. El embutido debe realizarse a temperaturas menores a los 5 °C para evitar el embarrado de grasa en la funda (Baños & Díaz, 2015). 3.3.3. Fermentación a. Definición La fermentación es un proceso metabólico en el cual se da el consumo de carbohidratos en la ausencia de oxígeno y como resultado de una serie de reacciones se pueden obtener ácidos orgánicos, gases o alcohol (Mani, 2018). Existen dos tipos principales de fermentación, la ácido láctica y la alcohólica. En la fermentación ácido láctica, dependiendo del tipo, se obtienen como productos; ácido láctico, otros ácidos orgánicos y alcoholes. En la fermentación alcohólica se obtiene etanol y dióxido de carbono. En el caso de los ECF solamente es de importancia la fermentación ácido láctica, la cual puede ser homofermentativa (solamente se produce ácido láctico) o heterofermentativa (producción de ácido láctico, otros ácidos orgánicos y alcoholes). 19 La producción de ácido láctico se lleva a cabo en dos etapas, en la primera de ellas denominada glucólisis, se obtienen dos moléculas de ácido pirúvico producto de la oxidación de una molécula de glucosa. En la siguiente etapa las dos moléculas de ácido pirúvico son reducidas por dos moléculas de NADH y se obtienen dos moléculas de ácido láctico, como se representa en la Figura 1 (Tortora, Funke, & Case, 2007). Figura 1. Reacciones del proceso de fermentación ácido láctica para la obtención de lactato. Fuente: Elaboración propia basada en Tortora et al. (2007). b. Tipos de fermentación en ECF La fermentación de ECF depende del tipo y cantidad de microorganismos utilizados, así como de la temperatura a la que se realice. En términos generales se utilizan dos clasificaciones: fermentación lenta y fermentación rápida. • Lenta: esta fermentación se realiza a temperaturas iguales o menores a los 15 °C. En ella el aroma, color y consistencia del embutido se desarrolla más despacio, sin embargo las coloraciones obtenidas son más intensas y estables. La fermentación lenta es característica de los embutidos del sur de Europa (Hernández, Alfaro, & Arrieta, 2003). • Rápida: las temperaturas utilizadas son mayores a 25 °C. Este tipo de fermentación es muy favorable en términos de tiempo de proceso, ya que el embutido está listo para la venta en un tiempo mucho menor. No obstante, la coloración del producto es menos estable y presentan una mayor acidez (Hernández et al., 2003). 20 c. Microorganismos involucrados Las bacterias ácido lácticas y los cocos coagulasa negativos (Staphylococcus sp. y Kocuria sp.) son los dos grupos de microorganismos importantes en la fermentación y maduración de ECF (Morot-bizot, Leroy, & Talon, 2006). Las bacterias ácido lácticas se adaptan de buena manera a las condiciones de fermentación cárnica, inhibiendo el crecimiento de microorganismos patógenos y de deterioro principalmente como resultado del crecimiento competitivo y la acidificación del producto. Estas bacterias producen cantidades suficientes de ácido para reducir el pH de la carne a valores de pH entre 4,8 – 5,0 (Lachowicz et al., 2012). d. Condiciones de fermentación en el procesamiento de ECF Según el método de ECF del norte de Europa, la fermentación y maduración se realizan en cámaras y condiciones separadas. En cambio, en el sur de Europa se realizan de forma combinada. Independientemente del método, se recomienda un período de temperado a temperatura ambiente posterior al embutido. Esta etapa permite la liberación de humedad, así como el inicio de la fermentación al provocar un aumento en la temperatura del embutido (Medić, 2007). Durante la fermentación se utilizan valores altos de humedad relativa para mantener la funda hidratada y el embutido suave. En el caso de los embutidos del sur de Europa, la fermentación se realiza a temperaturas bajas (22 °C - 24 °C) y posteriormente se disminuye aún más la temperatura y humedad relativa para dar paso a la maduración y pérdida de peso del producto (Demeyer, 2004). En cambio en el procesamiento de los embutidos del norte de Europa o fermentación rápida, se utilizan temperaturas mucho más elevadas y la humedad relativa se mantiene constante durante el proceso (Demeyer, 2004). 3.3.4. Maduración y secado Durante la maduración y el secado se dan reacciones de proteólisis y lipólisis en el embutido, además se da pérdida de agua hasta alcanzar valores de hasta 40 %. El proceso de maduración y secado se lleva a cabo a temperaturas entre los 10 °C y 15 °C en períodos de entre 4 y 12 semanas. La humedad relativa de las cámaras de maduración puede tener valores mínimos de 63 a 75 % y máximos de 86 a 95% (Vignolo et al., 2010). La pérdida de agua es fundamental durante la maduración ya que está directamente relacionada con la disminución del aw del producto y, por ende, limita el crecimiento de microorganismos (Cevoli et al., 2014). 21 La velocidad de secado debe controlarse de forma estricta mediante el control de la temperatura y humedad relativa de la cámara de maduración, ya que secados muy rápidos pueden provocar endurecimiento de la corteza y, por ende, poca pérdida de agua, mientras que secados muy lentos pueden provocar el crecimiento de microorganismos indeseados en la superficie del producto. La velocidad del secado depende principalmente del pH y diámetro del producto (Ministry for Primary Industries, 2017). 3.4. Reacciones químicas y enzimáticas en ECF 3.4.1. Proteólisis La proteólisis consiste en la hidrólisis de proteínas miofibrilares a polipéptidos, posteriormente a péptidos pequeños y finalmente a aminoácidos libres. Estas reacciones son catalizadas por peptidasas y proteasas como las calpaínas y catepsinas. Adicionalmente, la microbiota presente en el embutido contribuye a la hidrólisis proteica durante la maduración (Toldrá, 2012). La actividad proteolítica de Staphylococcus sp. y algunos mohos ha sido caracterizada ampliamente, también se ha demostrado el rol de bacterias ácido lácticas en estas reacciones (Pasini et al., 2018). El mecanismo de acción en la proteólisis posee una serie de etapas consecutivas: en la primera de ella se da la acción de las calpaínas y catepsinas, las cuales actúan en proteínas miofibrilares de gran tamaño y generan fragmentos de proteína y polipéptidos de tamaño intermedio. En la segunda etapa, los productos de las reacciones anteriores son hidrolizados a péptidos más pequeños por tripeptidilpeptidasas y dipeptidilpeptidasas. Finalmente, dipeptidasas, aminopeptidasas y carboxipeptidasas actuán en los polipeptidos y péptidos generados en la etapa anterior para formar aminoácidos libres (Toldrá, 2012). En la Figura 2 se presenta un resumen de las reacciones explicadas anteriormente 22 Figura 2. Sustratos, productos y enzimas involucradas en reacciones de proteólisis de embutidos crudos fermentados. Fuente: Elaboración propia adaptada de (Toldrá, Sanz, & Flores (2001). El proceso de proteólisis en ECF contribuye a su consistencia por la degradación de la estructura miofibrilar y además al sabor característico, por la acumulación de péptidos pequeños y aminoácidos libres. Los aminoácidos libres se relacionan directamente al gusto o indirectamente como precursores de compuestos de sabor que se forman por la degradación de aminoácidos. El grado de proteólisis varía dependiendo de las condiciones de procesamiento y del tipo de cultivos utilizados, pero puede darse hasta niveles que alcanzan porcentajes de nitrógeno no proteico de hasta 20% (Toldrá et al., 2001). La disminución del pH en estas reacciones es de suma importancia ya que cuando el pH es menor a 5,0 es cuando se da la mayor actividad proteolítica de enzimas endógenas (Toldrá, 2012). 3.4.2. Lipólisis La lipólisis consiste en el rompimiento enzimático de tri-, di- y monoacilgliceroles, así como de fosfolípidos, los cuales generan ácidos grasos libres (AGL). Las lipasas y fosfolipasas, respectivamente, son las encargadas de estas reacciones. Al darse la liberación de los ácidos grasos libres, éstos poseen un efecto directo en el sabor (contribuyen a la acidez) y un efecto 23 indirecto en el aroma por la generación de compuestos volátiles a través de reacciones oxidativas (Toldrá, 2008). El contenido de AGL aumenta durante la maduración y puede variar desde 0,7 % – 1,5 % en la pasta fresca hasta 2,2 % – 4,5 % en los embutidos madurados. En los ECF las reacciones de lipólisis se llevan a cabo casi de forma exclusiva por el tejido adiposo y por enzimas musculares, la contribución de las enzimas microbianas es muy baja debido a que las condiciones en el embutido son alejadas de las condiciones óptimas para la acción de las lipasas bacterianas. La lipólisis provocada por las enzimas endógenas corresponde a más del 60% de la liberación de AGL (Zanardi, 2009). Diversos factores afectan las reacciones de lipólisis en productos fermentados entre ellos la calidad de las materias primas, los procesos microbiológicos que suceden, la actividad hidrolítica de las lipasas presentes y las reacciones de oxidación (Lachowicz et al., 2012). Es de suma importancia la utilización de materias primas cárnicas frescas y con bajos recuentos microbiológicos, debido a que el uso de materiales deteriorados puede incrementar los procesos de oxidación, disminuyendo la vida útil de estos productos (Marcincak, 2016). 3.4.3. Oxidación lipídica La oxidación es una de las principales causas de deterioro sensorial y nutricional en productos cárnicos debido a la insolubilización de proteínas, al desarrollo de sabores extraños y a la formación de radicales libres y otros compuestos oxidados (Ventanas, Estevez, Tejeda, & Ruiz, 2006). Estas reacciones son favorecidas por el alto contenido de grasa y el bajo contenido de agua presente en estos productos, sin embargo dichas reacciones pueden ser controladas o minimizadas con la adición de antioxidantes naturales o sintéticos (Lachowicz et al., 2012). Los principales factores que afectan las reacciones de oxidación son el contenido de grasa de los productos, la composición de ácidos grasos, el procesamiento, las condiciones de fermentación y maduración, el tiempo de almacenamiento y la adición de aditivos (Marcincak, 2016). 24 3.4.4. Resumen de reacciones en ECF Las características finales de un ECF dependen del efecto combinado de las reacciones explicadas anteriormente, así como de las reacciones que provocan la formación de color y disminución de pH de estos productos. La Figura 3 presenta un resumen de estas reacciones y los parámetros que son afectados por las mismas Figura 3. Esquema de las reacciones químicas y bioquímicas más importantes que afectan las características físico químicas y sensoriales de los embutidos crudos fermentados. Fuente: Elaboración propia adaptada de Sebranek (2004). 3.5. Parámetros de control durante la fermentación y maduración de ECF 3.5.1. Temperatura El control de la temperatura influye principalmente en la velocidad de fermentación de los ECF, pero también debe ser regulada durante el proceso de maduración y secado. Las temperaturas utilizadas para la fermentación son variables, independientemente de ello entre mayor sea la temperatura de fermentación, más rápida será la producción de ácido láctico. En los embutidos del norte de Europa generalmente se utilizan temperaturas entre los 10 °C – 17 °C, en el sur de Europa entre 18 °C y 24 °C (Vignolo et al., 2010). En Estados Unidos, donde se prefieren las fermentaciones rápidas se utilizan temperaturas de hasta 43 °C (Karl, 2000). 25 3.5.2. Humedad relativa La humedad relativa se define como la cantidad de vapor de agua presente en el ambiente comparada con la cantidad máxima que puede contener el aire a una temperatura dada (Nagle, 2000). En la fermentación las condiciones de humedad relativa dependen del aw del ECF, generalmente deben utilizarse porcentajes que sean 2 % - 5 % menores que el aw dentro del embutido para evitar el endurecimiento superficial (Feiner, 2016c). Durante la maduración la utilización de humedades muy bajas pueden provocar la deshidratación de la superficie del embutido y dificultar la salida de agua del producto. Se pueden utilizar humedades constantes (70 – 78%) o escalonadas en las que se realiza una reducción gradual (Lachowicz et al., 2012) 3.5.3. Flujo de aire El flujo de aire dentro de la cámara de maduración es fundamental para asegurar la homogeneidad de condiciones dentro de la cámara. En producciones industriales de ECF se utilizan cámaras de maduración en donde se puede controlar electrónicamente el flujo de aire, humedad relativa y temperatura del ambiente. Estas cámaras generan un flujo de aire hacia arriba, el cual se mueve de forma cíclica por el piso de la cámara con el fin de asegurar una maduración homogénea de los productos que se encuentran dentro de la cámara (Yilmaz & Velioglu, 2009). En términos generales, entre mayor sea la velocidad del aire en la cámara mayor será la velocidad de secado. Sin embargo, después de cierto valor de velocidad de aire el secado ya no dependerá de este parámetro sino de la velocidad de difusión del agua del interior del embutido hacia la superficie (Grau, Andres, & Barat, 2015). 3.6. Parámetros físico químicos y sensoriales de ECF 3.6.1. Color a. Definición y medición El color es definido como la sensación que experimenta un individuo cuando energía radiante dentro del espectro visible (380-770 nm) entra en la retina del ojo. Para que el fenómeno del color pueda ocurrir debe existir un objeto coloreado, luz en la región visible del espectro y un observador (Badui, 2006). 26 La base científica para la medición de color o colorimetría se fundamenta en la existencia de tres tipos distintos de respuesta (ρ, ϒ y β) a señales en el ojo humano, los cuales se dan a través de cuatro receptores distintos. Los mensajes recibidos por el ojo humano generan entonces tres tipos de señales distintos. Un colorímetro está compuesto por un set de filtros, una fuente de luz blanca, un serie de fotómetros y una computadora. Los tres o cuatro filtros en el colorímetro replican la respuesta del observador y generan datos en escalas como CIELAB, HunterLab o Y,x,y (Fontana & Campbell, 2004). Las mediciones también pueden realizarse utilizando un espectrofotómetro. La mayoría de los colorímetros utilizan las escalas CIELAB o HunterLab. En el caso del espacio de color Hunter L, a, b, se fundamenta en un esquema de vectores tridimensionales basados en la teoría de colores opuestos. El parámetro L corresponde a luminosidad y sus valores van desde 0 (negro) hasta 100 (blanco), además se ubica de forma vertical en la escala. Con respecto al parámetro a, este se ubica de forma horizontal, al igual que el parámetro b y ambos poseen valores positivos y negativos. En la escala a, los valores van desde el rojo (positivos) hasta el verde (negativos), mientras que en la escala b los valores van desde el amarillo (positivos) hasta el azul (negativos) (Wrolstad & Smith, 2017). Lo explicado anteriormente se ejemplifica en la Figura 4. Por otra parte, la escala CIELab corresponde a una modificación en la forma de calcular los valores de la escala HunterLab. En este caso, los parámetros representan las mismos rangos de luminosidad y colores pero son representados mediante L*, a* y b*. Debido a que los valores obtenidos en cada escala al reportar los resultados se debe aclarar la escala y el colorímetro utilizado para la medición (Joshi & Brimelow, 2002). Figura 4. Escalas de color utilizadas en HunterLab y CIELab. Fuente: (Sahin & Gulum, 2006). 27 El color también puede expresarse utilizando la escala L*C*h, cuyos términos son Luminosidad (L*), croma o saturación (Cab*) y “hue” o tono (hab). Este sistema permite representar los colores de forma numérica y se asemeja a la forma en que el ojo humano percibe el color directamente (Tang & Yang, 2016). Estos parámetros son calculados a partir de los valores de a* y b*, utilizando las siguientes ecuaciones (Braña et al., 2011): Cab* = (a*2+b*2)1/2 Hab= tan-1(b*/a*) En el espacio L*C*h las coordenadas son cilíndricas, en donde la luminosidad se determina por su posición en el eje central, el valor C* (cromaticidad) tiene valor cero en el centro y aumenta con la distancia del eje y el valor hab, representa el ángulo de tono. En el ángulo 0° inician las tonalidades rojas, en el 90° las tonalidades amarillas, en el 180° las verdes y a partir del 270°, las azules. Como se observa en la Figura 5. Figura 5. Sólido tridimensional de color (luminosidad, croma y “hue”) de la escala L*C*h. Fuente: (Konica Minolta, 2007) b. Desarrollo de color El color característico de la carne se debe a los pigmentos musculares presentes en ella, el nitrito actúa como un estabilizante de la mioglobina mediante la formación de un enlace químico reversible (Pegg, 2000). 28 Las reacciones para la formación de nitrosilmioglobina (NOMb), principal pigmento responsable de la coloración de los ECF, inician con la reducción química de los nitritos en el medio reductor de la carne (pH ácido) produciendo óxido nítrico (NO) (Honikel, 2008). La transformación de la mioglobina (Mb) a nitrosilmioglobina puede suceder mediante dos vías: la vía indirecta, en la cual la mioglobina reacciona directamente con el óxido nítrico y genera NOMb; y en la indirecta, en la cual la Mb es oxidada a metamioglobina, la cual posteriormente reacciona con NO y genera nitrosilmetamioglobina (MMb-NO2) que se reduce posteriormente a NOMb (Bazan, 2008). La formación de la coloración óptima en ECF depende altamente de las condiciones de fermentación utilizadas que llevan a la disminución del pH y la eliminación del oxígeno. Así como de factores como el contenido de humedad, contenido de grasa y el contenido de hemoproteínas (Fongaro et al., 2015). Se han demostrado incrementos de hasta el 20 % de pigmentos después del proceso de fermentación. Es por ello que se deben elegir cuidadosamente los parámetros a utilizar durante la fermentación de estos productos (Moller, Jongberg, & Skibsted, 2015). En el salami, el color cambia de un rojo brillante en el producto fresco a un rojo oscuro en el salami madurado. La intensidad de la coloración depende de la concentración total de la mioglobina, así como las proporciones de oximioglobina, mioglobina y metamioglobina (Fongaro, Alamprese, & Casiraghi, 2013). De no realizar el proceso de forma adecuada se pueden generar defectos en el producto final, algunos defectos relacionados a la coloración de los ECF son coloración verde/gris en el exterior, halos de nitrificación, coloración grisácea, oxidación del color, reducción del color, coloración violeta, entre otros (Arnau, 2013). 3.6.2. Aroma y sabor El sabor de los embutidos fermentados es el resultado de reacciones químicas y microbiológicas que ocurren durante las etapas de fermentación y maduración, las cuales generan características muy distintas a las de los embutidos cocidos. La fermentación de carbohidratos genera ácidos orgánicos, lactato y acetato, los cuales contribuyen a la acidez del producto. En el caso de las reacciones de proteólisis e hidrólisis generan precursores de compuestos aromáticos, los cuales actúan como sustratos de otras reacciones químicas y enzimáticas que otorgan el aroma característicos de estos productos (Flores & Olivares, 2015). 29 El sabor y aroma adecuado de estos productos depende de los parámetros de proceso y de la calidad de materias primas utilizadas. La elección inadecuada de parámetros de proceso o el uso de materias primas de baja calidad o inadecuadas puede desarrollar sabores y olores no deseados (Flores & Olivares, 2015). Entre los defectos de sabor es posible encontrar sabor ácido, amargo, floral, amoniaco, rancio, falta de aroma, entre otros. Los cuales son provocados por diversas fallas en el proceso de producción del embutido (Arnau, 2013). 3.6.3. Textura a. Definición y medición La Organización Internacional de la Estandarización (ISO) define textura de alimentos (en la boca) como “ todos los atributos mecánicos y estructurales (geométricos y superficiales) de un producto, perceptibles por los receptores mecánicos, táctiles y en algunos casos receptores visuales y auditivos, desde la primera mordida hasta la ingesta” (Braña et al., 2011). En el análisis de Perfil de Textura (TPA) las muestras son comprimidas dos veces utilizando un texturómetro, el cual imita la acción de masticación y mordida de la boca. La principal ventaja de esta análisis es que puede generar múltiples parámetros en una sola medición (HunterAssociates Laboratory Inc, 2012). Entre los parámetros obtenidos mediante este análisis se encuentra dureza, cohesividad, adhesividad, elacticidad, masticabilidad, entre otros. En el Cuadro II y Figura 6, se presenta la definición de estos parámetros, sus unidades de medida y cómo calcularlos. Figura 6. Gráfica general de análisis de perfil de textura. Fuente: (ISO 5492:2008, 2012). 30 Cuadro II. Parámetros, unidades de medición, definiciones y forma de medición de parámetros obtenidos mediante el perfil de textura (TPA). Parámetro Unidad (Sistema Internacional) Definición Forma de medida Dureza Newton Fuerza requerida para lograr una deformación predeterminada Pico más alto en el gráfico Fracturabilidad Newton Fuerza en la primera ruptura significativa de la curva Primer pico en la curva Cohesividad Sin unidad Fuerza de los enlaces internos en la muestra Área 2/Área 1 Adhesividad Julios Trabajo requerido para sobrepasar las fuerzas pegajosas entre la muestra y el aditamento Área 3 Elasticidad Metros Velocidad a la que la muestra deformada regresada a su tamaño y forma original Distancia 2-Distancia 1 Masticabilidad Julios Energía requerida para masticar un alimento sólido para tragarlo Dureza*Cohesividad*Elasticidad Fuente: Adaptado de (Mathew et al., 2009). 31 b. Desarrollo de textura La textura en ECF depende tanto del proceso de acidificación, así como del proceso de secado. El desarrollo de la textura durante la acidificación resulta de la desnaturalización y coagulación proteica (Barbut, 2015). El pH necesario para la coagulación incrementa con el aumento en el contenido de sal, con las concentraciones de sal utilizadas comúnmente (2% - 3 %), el pH de coagulación es cercano a 5,3. La dureza del embutido incrementa significativamente al alcanzar un pH de 5,4 y luego continúa aumentando gradualmente hasta pH 4,9 (Demeyer & Stahnke, 2002). Durante el picado, la sal promueve la solubilización y extracción proteica de las miofibrillas, generando una cobertura pegajosa alrededor de las partículas. Posteriormente, durante la acidificación las proteínas solubilizadas coagulan y forman un gel que une las partículas de grasa y carne (Barbut, 2015). Por su parte, el secado es determinante en la dureza del producto de forma que aquellos que han sido sometidos a procesos largos de secado generalmente poseen mayor dureza. En esta etapa se debe realizar un control riguroso de la humedad relativa, ya que si se aplican humedades menores a las recomendadas se puede desarrollar una corteza exterior, lo cual provoca mayor dureza en la parte externa del producto y más suavidad en la parte interna generando heterogeneidad en el producto (Toldrá, 2011). Es necesario asegurar una velocidad de acidificación y secado adecuadas para obtener las características deseadas de textura en un ECF. Entre los problemas de textura más comunes se puede destacar el encostrado, la textura blanda, la falta de ligado y la gomosidad (Arnau, 2013). 3.6.4. pH La escala de pH es utilizada para describir la acidez de una disolución y se define como la concentración de iones hidrógeno, con carga positiva, en una disolución. Este parámetro se calcula utilizando la siguiente ecuación (Yurkanis, 2008): pH = -log [H+] A menor pH, mayor acidez en la disolución. Las soluciones ácidas poseen valores de pH menores a 7, mientras que las básicas poseen valores mayores a 7 (Leistner, 2000). En los ECF el descenso de pH se da en la etapa de fermentación por la acción de microorganismos, generalmente BAL, que consumen los azúcares adicionados y los convierten 32 en ácido láctico (Mani, 2018). Estos productos posee un rango de pH entre 4,6 – 5,2 y la determinación de este parámetro es importante para asegurar la inocuidad de los productos elaborados (Xiong & Mikel, 2001). 3.6.5. aw La actividad de agua (aw), a una temperatura dada, es la proporción del equilibrio parcial de la presión de vapor de agua en el sistema (pw) comparada al equilibrio parcial del vapor del agua en agua líquida pura (!!! ) a la misma temperatura. Lo cual se expresa con la siguiente ecuación: !! = = (!!!!! )! (Kamenik, 2016) Este parámetro es de gran importancia en la inocuidad, estabilidad, procesamiento, vida útil y características sensoriales de un alimentos ya que permite estimar la disponibilidad de agua en un alimento. La cantidad de agua disponible afecta el pardeamiento enzimático, oxidación lipídica, degradación de vitaminas, reacciones enzimáticas, degradación de proteínas, crecimiento microbiológico, entre otros. En la Figura 3, se muestra los cambios que ocurren en un alimento en función de la actividad de agua. Figura 7. Comportamiento de distintas reacciones y microorganismos a distintos valores de actividad de agua en un alimento. a) Oxidación de lípidos; b) reacciones hidrolíticas; c) oscurecimiento no enzimático; d) isoterma de adsorción; e) actividad enzimática; f) crecimiento de hongos; g) crecimiento de levaduras, y h) crecimiento de bacterias. Fuente: Badui (2006). 33 La actividad de agua se puede determinar por métodos higrométricos, método isopiestico, psicrometría, entre otros. La medición por punto de rocío es un método psicométrico en el que un espejo es enfriado hasta el punto de rocío del aire, en una cámara cerrada en la cual se encuentra la muestra. Cuando se da la formación de rocío, un sensor óptico registra en cambio en el reflejo y registra una temperatura de rocío mediante una termocupla ubicada en la parte de atrás del espejo. Al mismo tiempo, la temperatura de la muestra es medida con un termómetro infrarrojo y se utilizan ambas temperaturas para determinar el aw de la muestra. Este método se caracteriza por ser el más rápido, más exacto y preciso para el rango completo de mediciones (Reid, 2007). En el caso de los ECF los valores de actividad de agua varían según el tipo de embutido, los embutidos secos poseen valores de aw entre 0,85-0,91, estos productos poseen larga estabilidad y pueden ser almacenados sin refrigeración. En el caso de los ECF semisecos, posee valores mayores a 0,90, por lo que deben tener valores de pH menores para asegurar su inocuidad y deben almacenarse en refrigeración (Vignolo et al., 2010). 3.6.6. Contenido de humedad Este parámetro se expresa usualmente como un porcentaje y corresponde a la cantidad de agua total presente en un producto, expresada en función de la masa total del producto. El contenido de humedad puede expresarse en dos formas: base húmeda, la cual expresa la cantidad de agua en la masa total del producto o en base seca, la cual se expresa como la masa de agua en la masa seca del producto (Figura & Teixeira, 2007). El contenido de agua en un alimento puede determinarse por diversos métodos: a. Secado con horno o estufa: la muestra es secada en un horno a condiciones específicas, las cuales varían según las características del alimento, y se determina la cantidad de agua por la pérdida de peso de la muestra (Mauer & Bradley, 2017). b. Métodos de destilación: consisten en codestilar el agua presente en un alimento con un solvente con alto punto de ebullición y que sea insoluble en agua. Se recolecta el destilado y se determina el volumen de agua obtenido. Una de las ventajas es que presenta menos descomposición térmica de compuestos que los métodos con horno, sin embargo la lectura del volumen de agua puede ser más imprecisa que el pesaje (Mauer & Bradley, 2017). 34 3.7. Microorganismos asociados con ECF 3.7.1. Patógenos Debido a la ausencia de un tratamiento térmico en los ECF existe un riesgo importante por la presencia de microorganismos en estos productos, entre los principales patógenos asociados destacan: a. Staphylococcus aureus Es un contaminante común en carnes crudas y además es altamente tolerante a la sal y nitritos. Sin embargo, es poco tolerante a condiciones ácidas, por lo que un punto de control crítico en el procesamiento de estos productos es alcanzar valores de pH menores a 5,3 antes de que el organismo produzca la toxina (Food and Drug Administration, 2012c). Debido al riesgo que representa la producción de toxina de este microorganismo en los ECF se determinó un parámetro denominado “grados-hora”, este parámetro se utiliza para calcular el tiempo máximo que un ECF puede someterse a determinada temperatura sin que se genere la toxina (Talon et al., 2004). b. Clostridium perfringens Es un patógeno importante presente en el tracto gastrointestinal de los humanos y muchos animales de sangre caliente, el cual puede causar intoxicación por alimentos y diarrea (Tylingo, 2012). Las carnes, especialmente de pollo y res, y los productos que contienen carne son vehículos importantes para este patógeno. También puede encontrarse en productos vegetales, incluyendo especias y hierbas (Sebranek, 2004). c. Escherichia coli O157:H7 Puede estar presente en el intestino y heces de res, cerdo y pollo, por lo que la carne puede contaminarse durante la matanza y el procesamiento de estos animales. Escherichia coli O157:H7 no crece a temperaturas mayores a los 44,5 °C, pero tiene cierta tolerancia al ácido siendo el pH mínimo para su crecimiento entre 4,0 - 4,5. A su vez, puede sobrevivir fermentación, secado y almacenamiento en refrigeración en la mayoría de embutidos fermentados. d. Listeria monocytogenes Esta bacteria es una de las mayores preocupaciones en las industrias de productos cárnicos y lácteos debido a sobrevivencia a temperaturas menores a 1 °C, su tolerancia a la sal y su capacidad de formar biofilms muy resistentes. Esta bacteria es una de las principales causantes 35 de muertes por enfermedades de transmisión alimentaria (Mor-Mur & Yuste, 2010). Gran cantidad de cepas de Listeria sp. han sido aisladas de embutidos fermentados, sin embargo hay evidencias que señalan que la fermentación, maduración y nitritos reducen su sobrevivencia y crecimiento (Food and Drug Administration, 2012a). e. Salmonella sp. En alimentos ha sido encontrada en carnes, pollo, huevo, leche, derivados lácteos, coco, especias, camarones, entre otros (Di Gioia, 2015). Al estar ligada a matrices cárnicas el control de la misma en el procesamiento de ECF es de suma importancia, Salmonella sp. es una bacteria termo sensible, no obstante estos productos no son sometidos a cocción, por lo que debe asegurarse el uso de materias