La ósmosis es un tipo de difusión en el que hay un movimiento neto de moléculas que pasan a través de una membrana semipermeable a un área de menor concentración. Los ejemplos de membranas semipermeables incluyen membranas sintéticas para diálisis y membranas celulares en células de seres vivos como plantas y animales. El movimiento de las moléculas continúa hasta que la concentración de soluto en ambos lados de la membrana es igual, alcanzando un equilibrio.
La ósmosis es algo habitual en muchos alimentos. Cuando las frutas se cocinan en agua, el agua migra a los tejidos por ósmosis. Y el azúcar, que suele rondar del 12 al 15%, pasa por difusión.
Las frutas secas como las pasas se vuelven gordas. Las pectinas se vuelven solubles y se difunden en el agua, dando como resultado células menos densas y un producto más blando. Las ligninas no se ven afectadas por el ablandamiento de la celulosa. El fruto comienza a perder su forma.
La principal importancia de la ósmosis es su capacidad para conservar los alimentos y prolongar su vida útil. La ósmosis generalmente ocurre en presencia de soluciones de sal o azúcar. La adición de solutos como sal o azúcar permite la eliminación de un alto porcentaje de agua de las células bacterianas para igualar el bajo nivel de agua en el medio circundante. La sacarosa es el agente osmótico más utilizado en frutas, mientras que el cloruro de sodio se usa en vegetales, pescado y carne. Otros ejemplos de agentes osmóticos en el procesamiento de alimentos incluyen glucosa, fructosa, lactosa, maltosa, dextrosa, sorbitol, suero, maltodextrina, polisacárido y combinación de estos agentes.
Esta publicación analiza cómo la ósmosis conserva los alimentos y prolonga su vida útil.
AL DISMINUIR LA ACTIVIDAD HÍDRICA DEL ALIMENTO
Al igual que los humanos y otros seres vivos, los microorganismos necesitan agua para desarrollarse y multiplicarse. La llamada actividad de agua (Aw) se refiere a la cantidad de agua libre o no ligada en el alimento. Esto significa que es el agua disponible para que la consuman los microorganismos del deterioro.
La actividad del agua puede estar entre 0 y 1,0. La actividad del agua es 1,0 en agua pura, mientras que la actividad del agua de las frutas, verduras y carnes frescas oscila entre 0,98 y 1,00. Es por esto que son artículos altamente perecederos.
Para conservar los alimentos y prolongar su vida útil frente a las bacterias patógenas, una forma de lograrlo es reducir la actividad del agua mediante la deshidratación osmótica. La deshidratación osmótica es la eliminación de agua de una concentración más baja de soluto a una concentración más alta a través de una membrana semipermeable. Este movimiento de agua reduce la actividad del agua e inhibe el crecimiento de microorganismos de deterioro.
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El jarabe de azúcar con rodajas o cubos de frutas y la sal o la salmuera con verduras son los solutos más comunes que se utilizan en la deshidratación osmótica. El proceso de difusión es multicomponente. Eso significa que el agua fluye desde las frutas o verduras hacia la solución, y algunos de sus componentes, como minerales, vitaminas y ácidos de frutas, también fluyen hacia la solución. El azúcar y la sal tienden a gravitar hacia las frutas y verduras.
Este procedimiento de deshidratación normalmente no da como resultado un producto estable en almacenamiento con un bajo contenido de humedad. Como resultado, el producto tratado osmóticamente debe procesarse más (generalmente mediante procesos de secado por aire, congelación o vacío) para lograr la estabilidad en almacenamiento, o el procedimiento de deshidratación podría utilizarse como pretratamiento para enlatado, congelación y procesamiento mínimo.
Otro método de conservación que utiliza la ósmosis para los alimentos es el curado con sal. Al reducir el contenido de humedad y servir como conservante, la salazón transforma la carne fresca en productos no perecederos. Estos procesos, cuando se combinan con el secado, ayudan en la formación de distintas propiedades sensoriales en los productos, que influyen en su uso como alimento.
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AL ATACAR DIRECTAMENTE AL MICROORGANISMO DE DETERIORO
La presión osmótica interna de las células microbianas es mayor que la del medio circundante (alimento). Por lo tanto, la pared celular está sujeta a la presión de turgencia, que proporciona soporte a la fuerza mecánica requerida para la expansión y el desarrollo de la célula. Pero cuando el microorganismo está en una solución de soluto acuoso concentrado de actividad de agua reducida debido a la ósmosis, el agua migra fuera del citoplasma.
El citoplasma es el líquido similar a un gel dentro de la célula donde tienen lugar las reacciones. El movimiento del agua da como resultado la pérdida de turgencia de la membrana. A partir de aquí, el equilibrio interno (u homeostasis) se interrumpe y el organismo no se reproducirá.
Sin embargo, el microorganismo permanecerá en fase de latencia hasta que se restablezca el equilibrio. La fase de retraso es parte de la curva de crecimiento bacteriano. En la fase de latencia, la población microbiana es constante. Y las células se adaptan más al medio ambiente. Esta publicación analiza la curva de crecimiento bacteriano con más detalle.
Pero, ¿cómo reaccionan exactamente las células microbianas a la ósmosis y la baja actividad del agua?
Hay dos formas principales en que las células microbianas reaccionan para adaptarse a la ósmosis y al cambio de la actividad del agua en los alimentos. Aquí están.
Por acumulación de solutos de bajo peso molecular en el citoplasma
Una de las respuestas más comunes de las células a la disminución de la actividad del agua es la acumulación de solutos de bajo peso molecular en su citoplasma en concentraciones ligeramente superiores a la osmolalidad del medio externo. De esta manera, las células recuperan o evitan la pérdida de agua por ósmosis, por lo que la turgencia de la membrana celular se mantiene para su correcto funcionamiento.
En 1981, Chirife et al. calculó teóricamente la actividad de agua intracelular a partir del contenido de solutos de varias células bacterianas cultivadas en medio con valores de aw que oscilan entre 0,85 y 0,993. Su estudio encontró que la actividad del agua intracelular es igual o algo menor que la del medio de crecimiento. En términos de contenido de agua celular, la reacción general parecía representar un mecanismo homeostático.
La sal y el azúcar son solutos que ayudan a conservar los alimentos por ósmosis. Sin embargo, no todos los solutos causan daño a las células microbianas.
Existen estos llamados solutos compatibles porque no interfieren con las funciones metabólicas y reproductivas de la célula. Lo que hacen es atraer agua y restaurar o restaurar parcialmente las condiciones isoosmóticas a través de las membranas celulares para permitir que continúen las reacciones metabólicas esenciales.
En concreto tienen estas propiedades:
- Moléculas pequeñas y generalmente neutras o zwitteriónicas
- Soluble en altas concentraciones y puede acumularse en el citoplasma
- La membrana celular les demuestra permeabilidad.
Ejemplos de solutos compatibles en células bacterianas incluyen aminoácidos tales como prolina, ácido glutámico y ácido aminobutírico. Los solutos protoplásmicos predominantes en hongos incluyen polioles como manitol, arabitol, sorbitol y glicerol. Muchos alimentos que consumimos ya contienen solutos compatibles como prolina, colina y betaína para permitir el crecimiento con poca actividad de agua. En algunos casos, los solutos compatibles pueden ser entregados desde el medio ambiente o sintetizados de novo en el citoplasma de la célula.
Adaptación de la composición de la membrana
Otra reacción importante de las células microbianas a la disminución de la actividad del agua y la ósmosis es la adaptación de la composición de la membrana. Para muchas células bacterianas, la modificación más común es el aumento de la proporción de fosfolípidos aniónicos y/o glicolípidos en la membrana. Los glicolípidos sirven como receptores para la comunicación célula-célula, así como un papel estructural en la integridad de la membrana. Esta adaptación es una forma de mantener la fase bicapa correcta para mantener sus funciones vitales.
Referencias:
P. Zeuthen, L. Bogh-Sorensen (2003), Técnicas de conservación de alimentosCRC Prensa
V. Vaclavik, E. Christian (2014), Fundamentos de la ciencia de los alimentos (4ª edición)saltador
M. Shafiur Rahman (2007), Manual de conservación de alimentos (2ª edición)CRC Prensa