Efectos de la radiación ionizante sobre los alimentos

1. Mgter. María Constanza Cova
Jefa de Sección Irradiación de Alimentos
Depto. Procesos por Radiación
Centro Atómico Ezeiza - CNEA
constanzacova@cnea.gob.ar
CURSO IRRADIACION DE ALIMENTOS
Tecnologías, aplicaciones y reglamentación
Efectos de la radiación ionizante sobre los alimentos

2. QUÍMICA DE LAS RADIACIONES
La energía remanente del
fotón puede repetir el proceso
con otro átomo.
Cuando los rayos ɣ impactan en la
materia, parte del fotón de energía es
usado para expulsar un electrón.
El electrón eyectado pierde la
energía a través de la ionización
y excitación de otras moléculas.

3. QUÍMICA DE LAS RADIACIONES
Cuando las radiaciones ionizantes actúan sobre la materia
ocurren dos procesos básicos.
Proceso primario o efecto directo
Causa la formación de iones,
moléculas excitadas o fragmentos
moleculares.
Proceso secundario o indirecto
Interacción de productos del proceso
primario con moléculas vecinas.
Puede conducir a la formación de
compuestos diferentes de los
presentes inicialmente en el alimento.
Para que la interacción suceda, se requiere tiempo y ausencia de impedimentos,
es decir la difusión en el medio.

4. RADIOLISIS DEL AGUA
 Los radicales libres son sustancias muy reactivas y
desaparecen rápidamente en presencia de medios
acuosos.
 Los productos finales de la radiólisis del agua son
H2 y H2O2.
 Los productos de radiólisis del agua incluyen
sustancias oxidantes y reductoras, por lo tanto
luego de la irradiación es esperable que ocurran
reacciones de oxidación y de reducción.
El agua de los alimentos juega un rol
fundamental en la propagación del efecto
directo de la radiación.

5. Fragmentos de
menor peso
molecular que
los compuestos
originales.
Efectos sobre moléculas orgánicas
 La radiólisis de las sustancias orgánicas es muy compleja.
 Ciertas uniones químicas se rompen más fácilmente que otras.
 Es sumamente difícil predecir exactamente todos los productos
generados.
Sustancias
alteradas por
deshidrogenación
descarboxilación
desaminación.
Nuevos
compuestos
formados por
interacción de las
sustancias de
partida.

6. Efectos no inmediatos de las radiaciones
 La mayor parte de los cambios químicos inducidos por radiación ocurren en
microsegundos, otros se manifiestan a lo largo del almacenamiento.
Por ej: La irradiación de un medio acuoso puede producir H2O2, el cual es inestable y
desaparecerá gradualmente, mientras que otro componente del sistema resultará oxidado.
 Así, algún compuesto que en principio no estaba presente en el alimento (o estaba
en menor cantidad), después de la irradiación, aumentará su concentración
durante el curso de los días, meses.
 Los efectos no inmediatos de las radiaciones no están limitados a soluciones
acuosas.
Por ej: en alimentos con un contenido de grasas considerable, puede haber aumento de la
autooxidación de lípidos en contacto con el aire durante el almacenamiento.

7. Efectos en características sensoriales
Los cambios químicos ocurridos al irradiar un alimento pueden dar lugar a cambios en
sus características sensoriales:
 En la acidez.
 En la rancidez, por autooxidación de lípidos.
 En la permeabilidad de membranas celulares con lo cual se puede alterar la intensidad del
aroma.
 En sustancias poliméricas como los polisacáridos de sostén causando ablandamiento.
 En dobles enlaces conjugados responsables de estructuras cromóforas.

8. HIDRATOS DE CARBONO
Monómeros (glucosa, fructosa, galactosa):
No suele haber ruptura, el valor nutricional de
los monosacáridos se mantiene.
Polisacáridos (almidón, pectinas, etc):
El glucógeno, el almidón y otros polisacáridos
son polímeros de la glucosa.
La radiación ionizante puede causar ruptura de
las cadenas principales y alteraciones en su
estructura espacial.
Efectos: Disminución de viscosidad,
ablandamiento de tejidos vegetales.
Efecto sobre los macronutrientes
Pectina

9. PROTEÍNAS
Estructuras primaria
No sufren modificaciones porque los enlaces
peptídicos son fuertes (covalentes).
No se afecta el valor nutritivo, ya que está dado por la
composición de aminoácidos.
Efecto sobre los macronutrientes
Estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria
Disposición espacial de la cadena y configuración tridimensional.
Uniones físicas, débiles frente a las radiaciones y otros agentes (puente
hidrógeno; electrostáticas).
Las proteínas pueden experimentar agregación, desnaturalización, alteración en
su capacidad de retención de agua, cambios en la conducta reológica del
alimento.

10. Fuente: National Human Genome Research Institute . https://www.genome.gov/

11. LÍPIDOS
Triglicéridos:
Puede haber liberación de ácidos grasos por ruptura de la unión éster
Hidrogenación o peroxidación de ácidos grasos insaturados.
Efecto sobre los macronutrientes
Se trata de minimizar estos efectos para evitar:
 Pérdidas de ácidos grasos poliinsaturados esenciales: ácido alfalinolénico (precursor
de la serie omega-3) y ácido linoleico (omega-6).
 Deterioro de calidad organoléptica: rancidez oxidativa.

12. LÍPIDOS
Efecto sobre los macronutrientes
 Rancidez hidrolítica: liberación de ácidos grasos por ruptura de la unión éster.
Triglicérido Ácidos grasos
libres
Glicerol

13. LÍPIDOS
Efecto sobre los macronutrientes
 Rancidez oxidativa
Por acción del O2 sobre las
insaturaciones de los ácidos grasos
con la consecuente formación de
hidroperóxidos.
La oxidación de los lípidos insaturados
puede generar una variedad de
compuestos que producen olores y
sabores desagradables en el alimento
(que percibimos como rancio).

14.  Las pérdidas de vitaminas radiosensibles no suelen superar el 15%, comparable a lo que
sucede con otros métodos de conservación.
VITAMINAS
Efecto sobre los micronutrientes
Radiosensibilidad de vitaminas
Fuente: Australia New Zaeland Food Standards

15. Efecto sobre los micronutrientes
Narvaiz y Ladomery (CNEA) examinaron el
probable efecto de la irradiación comercial de
alimentos sobre la ingesta de vitaminas de la
población en Argentina.
 Evaluaron la ingesta per cápita de alimentos
susceptibles de ser irradiados,
 Registraron el contenido de vitaminas de estos
productos.
 Calcularon las probables pérdidas de vitaminas de
estos alimentos tratados bajo buenas prácticas de
irradiación
 Estimaron el impacto probable de la pérdida de
vitamina sobre la ingesta dietética recomendada a
nivel nacional (RDA).

16. Efecto sobre los micronutrientes
Vitaminas consideradas : A, B1, B2, B6,
B10, B12, C, D, E, niacina, ácido fólico y
ácido pantoténico.
Para la mayoría de estas vitaminas,
concluyeron que la ingesta media aún
superaría la RDA.

17.  Los minerales no son afectados por la radiación ionizante.
MINERALES
Efecto sobre los micronutrientes

18. Estrategias para reducir efectos radiolíticos
Irradiación en estado congelado o deshidratado
En estado congelado (-20 °) se reducen notablemente las velocidades de difusión de los radicales
libres y la reactividad de los aceptores.
Reducción de actividad de agua (aw)
Menor agua disponible para reacciones químicas, menos efecto secundarios por radiólisis del H2O.
Exclusión de oxígeno.
Por vacío o atmósferas modificadas.
La ausencia de O2 limita la formación de peróxidos.
Previene daños durante el almacenamiento de alimentos con contenido alto graso.
Uso de aditivos
Aceptores de radicales libres (“scavengers”) : el ácido ascórbico y los tocoferoles actúan como
protectores porque reaccionan preferencialmente con los radicales libres.

19. Atributos de calidad de los alimentos
Externos
 Aspecto
 Defectos
Internos
 Aroma
 Sabor
 Textura
No percibidos
 Valor
nutritivo
 Saludable
 Inocuidad

20. La calidad es un concepto
determinado por la conjunción
de distintos factores
relacionados con la
aceptabilidad del alimento.
Aceptabilidad del
alimento
Calidad
sanitaria
Calidad
nutricional
Calidad
sensorial
Atributos de calidad de los alimentos

21. RADIACIÓN
IONIZANTE
Muerte de
bacterias
Reducción del
riesgo de ETA
Extensión de
vida útil
Cambios químicos
en componentes
del alimento
¿Posibles cambios
sensoriales?
Efectos de la radiación sobre la calidad de los alimentos

22. EVALUACION
DE RIESGOS
• Identificar organismos indeseables a eliminar o
controlar.
• Elegir la etapa del proceso productivo en la cual se
aplicará la irradiación.
DEFINICION DE
RANGO DE
PROCESO
• Dosis mínima de eficacia.
• Dosis máxima que tolera el producto sin afectar
su calidad
VALIDACION DE
PROCESO
IRRADIACION DE
RUTINA
Etapas para implementar el tratamiento de irradiación

23. Dosis
Sub-tratamiento Rango de proceso Sobre-tratamiento
Objetivo no logrado Objetivo logrado
Calidad preservada Calidad deteriorada
DOSIS MINIMA DE
EFICACIA
DOSIS MAXIMA
TORELABLE
Definición del rango de proceso

24.  En el proceso de irradiación un producto
no recibe una dosis única, sino un
gradiente de dosis.
 El intervalo de dosis es más amplio en una
carga comercial (cajas, pallet) que en un
producto único.
 La amplitud de dosis aumenta a mayor
tamaño o densidad del material tratado.
Uniformidad de la dosis recibida
Distribución típica de la dosis después de la irradiación
con irradiación gamma o rayos X.
Fuente: Manual de buenas prácticaspara la irradiación
de alimentos. Colección de Informes Técnicos Nº 481. IAEA
Uniformidad
de dosis =
D máx. recibida
D min. recibida

25. Tipo de producto
Sensibilidad a la
irradiación
Tiempo
transcurrido
antes de
irradiación
Tipo y número de
organismos
Resultado final
deseado (ej.
carga microb.
final)
Variedad de
productos
vegetales
Atmósfera del
envase
Temperatura
durante la
irradiación y
almacenamiento
RANGO DE
DOSIS
Factores que determinan el rango de dosis especificado
para cada proceso de irradiación

26. Evaluación sensorial: aceptabilidad de
consumidores, paneles entrenados.
Análisis de parámetros químicos indicadores
de calidad en el producto
Ensayos instrumentales de textura
Análisis de nutrientes radiosensibles.
Determinación de la DOSIS MAXIMA TOLERABLE
Es necesario evaluar los
atributos de calidad de
los alimentos irradiados
a lo largo de su vida útil

27. Algunos ejemplos de evaluación de atributos
de calidad en alimentos irradiados

28. UVA DE MESA
VARIEDAD
RED GLOBE
IRRADIACIÓN g ATRIBUTOS DE CALIDAD
0 GY - CONTROL
250 GY – DOSIS
CUARENTENA
1000 GY – DOSIS
TOLERANCIA
CAPACIDAD ANTIOXIDANTE
FIRMEZA
PÉRDIDA DE PESO
PORCENTAJE DE DESGRANE
750 GY – DOSIS
TOLERANCIA
SÓLIDOS SOLUBLES
ACIDEZ
SENSORIAL
COLOR
Evaluación de calidad de uva irradiada

29. ALMENDRAS
VARIEDADES
NONPAREIL
IRRADIACIÓN g
0 GY - CONTROL
300 GY – DOSIS
CUARENTENA
600-900 GY
DOSIS TOLERANCIA
ATRIBUTOS DE CALIDAD
ÍNDICE DE PERÓXIDOS
ACIDEZ TITULABLE
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
SENSORIAL
Evaluación de calidad de almendras irradiadas

30. Efectos de la radiación sobre
ciertos atributos de calidad de
la miel a lo largo de su vida útil

34. Almacenamiento congelado
Cultivo - riego
Cosecha
Procesamiento (lavado solución hipocloritada)
Corte
Congelado y empaque
Empaque
Enfriado
Expedición
Recepción
EVALUACIÓN DE RIESGOS
Riesgo de contaminación con microorganismos patógenos.
E. coli O157:H7, Salmonella, Listeria monocytogenes
DEFINICIÓN DE RANGO DE DOSIS
Determinación de dosis mínima
de eficacia
Salmonella y L. monocytogenes
son más radioresistentes
Irradiación a dosis incrementales
Cálculo de Dosis de desinfección
(5D) para congelado y
refrigerado
Verificación del cumplimiento de
criterios microbiológicos
Extensión de vida útil alcanzada
Determinación de dosis máxima
tolerable
Irradiación a doble o triple de Dmín
de eficacia
Evaluación sensorial
(aroma, textura, sabor, etc)
Análisis de polifenoles, capacidad
antioxidante, carotenoides, etc
Selección de dosis máxima que
mantiene calidad durante la vida útil
Muestra
representativa
VALIDACIÓN DEL PROCESO
IRRADIACIÓN DE RUTINA
Ejemplo para la incorporación del tratamiento en el procesamiento de vegetales
mínimamente procesados.

35. Selección del tipo y material de embalaje
 Debe proteger a los productos de las reinfestaciones o recontaminaciones post
tratamiento.
 Envasado con atmósferas modificadas puede proteger el producto.
 En el tratamiento fitosanitario, los productos deben estar envueltos en un empaque
a prueba de insectos.

36. Selección del tipo y material de embalaje
Normas guía para selección de envases de alimentos a ser irradiados:
 ASTM F1640-03, Standard Guide for Packaging Materials for Food to Be Irradiated.
 IRAM 20304. Irradiación de alimentos. Guía para la selección y uso de envases y
materiales en contacto con alimentos destinados a ser irradiados en conjunto.
Código Alimentario Argentino - Art 174 - Inciso 1.3.
Los materiales de envase de estos alimentos deberán responder a las exigencias del artículo
184 del presente Código y deberán ser de una naturaleza tal que asegure una buena
preservación e inviolabilidad, así como compatible al proceso de irradiación.
Asimismo, los materiales de los envases o envolturas deberán impedir la reinfestación con
insectos y/o la recontaminación microbiana y poseer una permeabilidad al oxígeno, al
dióxido de carbono y al vapor de agua que asegure la vida útil del producto irradiado.

37. Selección del tipo y material de embalaje
FDA - CFR - Code of Federal Regulations
21 CFR 179.45. Packaging Materials for Use during the Irradiation of Prepackaged Foods.

38. Selección del tipo y material de embalaje
FDA - CFR - Code of Federal Regulations
21 CFR 179.45. Packaging Materials for Use during the Irradiation of Prepackaged Foods (cont.)