Improving poultry meat preservation by means of carbon dioxide atmospheres and high hydrostatic pressure

La carn de pollastre és una de les carns més consumides a tot el món. Per tal d’ampliar els canals de distribució de la carn fresca i els seus derivats, la indústria alimentària ha desenvolupat mètodes de conservació per tal d’allargar-ne la seva vida útil i que permetin mantenir les propietats i la qualitat del producte original. L’envasament en atmosfera modificada (EAM), juntament amb les temperatures de refrigeració, s'ha convertit en el mètode d'envasament més utilitzat per conservar la carn d'aus de corral. Consisteix en envasar l’aliment i modificar-ne l'atmosfera que l'envolta per un altre gas tal com el nitrogen (N2), l’oxigen (O2), el diòxid de carboni (CO2) o una mescla entre ells. El seu èxit recau essencialment sobre la concentració de CO2 present en l'atmosfera. El CO2 té la propietat de dissoldre’s en l'aigua i en el greix dels aliments. Quan això succeeix, tenen lloc una sèrie d’alteracions a nivell intracel·lular que afecten el metabolisme d'alguns dels microorganismes alteradors més comuns, disminuint-ne el seu desenvolupament, i també l'acció d'alguns enzims responsables de les reaccions de degradació més habituals en aliments. No obstant això, l'ús d'altes concentracions de CO2 s'ha vist limitat degut al col·lapse dels envasos que produeix. Aquesta tesi s’ha enfocat per a millorar la tècnica d’EAM tradicional. La primera fase del treball ha consistit a provar l'ús d'altes concentracions de CO2 per a conservar la carn de pollastre fresca, saturant prèviament la carn amb CO2 pur. Amb aquest pretractament es pretenia reduir o fins i tot evitar el col·lapse de l'envàs, esdevenint una oportunitat per a reduir el volums dels envasos i millorar, per tant, l'eficiència en el procés d’envasament i de transport dels productes. La segona etapa del projecte ha consistit en combinar l’EAM amb l’alta pressió hidrostàtica (APH). L’APH és una de les tecnologies més prometedores per a reemplaçar els tractaments tèrmics com la pasteurització o fins i tot l'esterilització. No obstant això, els elevats nivells de pressió necessaris per aconseguir la total inactivació de microorganismes ha limitat el seu ús i aplicació en la indústria alimentària. L'objectiu principal de la combinació de l’EAM i la APH ha estat reduir la pressió del tractament sense comprometre la inactivació microbiana. Diversos experiments s'han dut a terme per tal d’avaluar l'efecte sinèrgic entre les dues tecnologies i per a determinar la concentració òptima de CO2 i la pressió necessària per aconseguir una major inactivació de microorganismes patògens i alteradors de la carn d’au. Els resultats obtinguts van demostrar que quan la carn fresca de pollastre va ser envasada amb CO2 pur abans del seu envasat definitiu amb atmosfera modificada, el col·lapse dels envasos es va reduir significativament en comparació amb les mostres directament envasades amb atmosfera modificada. La seva vida útil també va augmentar degut a que una major quantitat de CO2 disponible a l’espai de cap ofereix millor protecció de l’aliment i un efecte bacteriostàtic més durador. Quan es van dur a terme els pretractaments de saturació, els envasos es van poder omplir amb més producte sense comprometre la seguretat de l’aliment ni el col·lapse de l’envàs. Pel que fa a la combinació d'atmosferes de CO2 amb APH, es va poder demostrar l’existència de l’efecte sinèrgic d'aquesta combinació en la reducció i la inactivació d'alguns dels microorganismes alteradors i patògens més habituals en els productes càrnics avícoles. Un cop es van desenvolupar els models de predicció de la reducció microbiana produïda per la combinació de CO2 i d'alta pressió, l’atmosfera de 50% CO2 equilibrada amb N2 i la pressió de 250 MPa durant 10 min a temperatura ambient va ser considerat el més òptim, tenint en compte condicions menys extremes i reducció microbiana produïda. Aquest tractament es va aplicar a pit de pollastre frescs i es va comparar amb mostres envasades en aire i pressuritzades i mostres no pressuritzat. La vida útil del pit de pollastre envasat amb atmosfera modificada i tractat amb pressió va ser de 26 dies, mentre que les mostres tractades amb aire i pressió només van arribar a 15 dies sota condicions microbianes acceptables. Encara que es van detectar algunes alteracions fisicoquímiques de la carn pressuritzada pel que fa al seu color superficial i a la capacitat de retenció d'aigua, un cop aquesta va ser cuita no es van trobar diferències sensorials entre els tractaments comparats. La dissolució forçada del gas provocada per l'alta pressió també es va estudiar mitjançant la quantificació de l'embòlia gasosa produïda en salsitxes de carn d'au. Els resultats suggereixen que quan s'apliquen pressions més altes, el gas que envolta l'aliment penetra a l'interior de la cèl·lula en un nivell més profund i per això la seva extracció durant el procés de descompressió és més complicat, mantenint-se dissolt en l’aliment. Addicionalment, al reduir la velocitat de descompressió, una major quantitat del gas es va mantenir dissolt en el producte, oferint una millor preservació del l’aliment quan es tractava de CO2. Els resultats experimentals obtinguts han demostrat que la conservació de la carn d'au es pot millorar mitjançant l'ús d'atmosferes riques amb CO2 aplicades individualment com un tractament de saturació previ al envasat convencional amb atmosfera modificada, o en combinació amb l’APH. Els treballs exposats en aquesta Tesi demostren noves maneres de conservar els productes càrnics avícoles donant noves perspectives en aquest camp d’investigació que donen l’oportunitat de produir productes càrnics frescos més segurs i duradors.La carne de pollo es una de las carnes más consumidas en todo el mundo. Para ampliar los canales de distribución de la carne fresca y sus derivados, la industria alimentaria ha desarrollado métodos de conservación para alargar su vida útil y que permitan mantener las propiedades y la calidad del producto original. El envasado en atmósfera modificada (EAM), junto con las temperaturas de refrigeración, se ha convertido en el método de envasado más utilizado para conservar la carne de aves de corral. Consiste en envasar el alimento y modificar la atmósfera que lo rodea por otro gas tal como el nitrógeno (N2), el oxígeno (O2), el dióxido de carbono (CO2) o una mezcla entre ellos. Su éxito recae esencialmente sobre la concentración de CO2 presente en la atmósfera. El CO2 tiene la propiedad de disolverse en el agua y en la grasa de los alimentos. Cuando esto sucede, tienen lugar una serie de alteraciones a nivel intracelular que afectan el metabolismo de algunos de los microorganismos alteradores más comunes, disminuyendo su desarrollo, y también la acción de algunas enzimas responsables de las reacciones de degradación más habituales en alimentos. Sin embargo, el uso de altas concentraciones de CO2 se ha visto limitado debido al colapso de los envases que produce. Esta tesis se ha enfocado para mejorar la técnica de EAM tradicional. La primera fase del trabajo ha consistido en probar el uso de altas concentraciones de CO2 para conservar la carne de pollo fresca, saturando previamente la carne con CO2 puro. Con este pretratamiento se pretendía reducir o incluso evitar el colapso del envase, convirtiéndose en una oportunidad para reducir el volúmenes de los envases y mejorar, por lo tanto, la eficiencia en el proceso de envasado y de transporte de los productos. La segunda etapa del proyecto ha consistido en combinar la EAM con la alta presión hidrostática (APH). La APH es una de las tecnologías más prometedoras para reemplazar los tratamientos térmicos como la pasteurización o incluso la esterilización. Sin embargo, los elevados niveles de presión necesarios para conseguir la total inactivación de microorganismos han limitado su uso y aplicación en la industria alimentaria. El objetivo principal de la combinación de la EAM y la APH ha sido reducir la presión del tratamiento sin comprometer la inactivación microbiana. Varios experimentos se han llevado a cabo para evaluar el efecto sinérgico entre las dos tecnologías y para determinar la concentración óptima de CO2 y la presión necesaria para conseguir una mayor inactivación de microorganismos patógenos y alteradores de la carne de ave. Los resultados obtenidos demostraron que cuando la carne fresca de pollo fue envasada con CO2 puro antes de su envasado definitivo con atmósfera modificada, el colapso de los envases se redujo significativamente en comparación con las muestras directamente envasadas con atmósfera modificada. Su vida útil también aumentó, debido a que una mayor cantidad de CO2 disponible en el espacio de cabeza ofrece mejor protección del alimento y un efecto bacteriostático más duradero. Cuando se llevaron a cabo los pretratamientos de saturación, los envases se pudieron llenar con más producto sin comprometer la seguridad del alimento ni el colapso del envase. En cuanto a la combinación de atmósferas de CO2 con APH, se pudo demostrar la existencia del efecto sinérgico de esta combinación en la reducción y la inactivación de algunos de los microorganismos alteradores y patógenos más habituales en los productos cárnicos avícolas. Una vez se desarrollaron los modelos de predicción de la reducción microbiana producida por la combinación de CO2 y de alta presión, la atmósfera de 50% CO2 equilibrada con N2 y la presión de 250 MPa durante 10 min a temperatura ambiente fue considerado el más óptimo, teniendo en cuenta condiciones menos extremas y reducción microbiana producida. Este tratamiento se aplicó a pechuga de pollo fresca y se comparó con muestras envasadas en aire y presurizadas y muestras no presurizadas. La vida útil de la pechuga de pollo envasada con atmósfera modificada y tratada con presión fue de 26 días, mientras que las muestras tratadas con aire y presión sólo llegaron a 15 días bajo condiciones microbianas aceptables. Aunque se detectaron algunas alteraciones fisicoquímicas de la carne presurizada en cuanto a su color superficial y a la capacidad de retención de agua, una vez ésta fue cocinada no se encontraron diferencias sensoriales entre los tratamientos comparados. La disolución forzada del gas provocada por la alta presión también se estudió mediante la cuantificación de la embolia gaseosa producida en salchichas de carne de ave. Los resultados sugieren que cuando se aplican presiones más altas, el gas que rodea el alimento penetra en el interior de la célula a niveles más profundos y por ello su extracción durante el proceso de descompresión es más complicada, manteniéndose disuelto en el alimento. Adicionalmente, al reducir la velocidad de descompresión, una mayor cantidad del gas se mantuvo disuelto en el producto, ofreciendo una mejor preservación del alimento cuando se trataba de CO2. Los resultados experimentales obtenidos han demostrado que la conservación de la carne de ave se puede mejorar mediante el uso de atmósferas ricas con CO2 aplicadas individualmente como un tratamiento de saturación previo al envasado convencional con atmósfera modificada, o en combinación con la APH. Los trabajos expuestos en esta Tesis demuestran nuevas maneras de conservar los productos cárnicos avícolas dando nuevas perspectivas en este campo de investigación que dan la oportunidad de producir productos cárnicos frescos más seguros y duraderos.Chicken meat is one of the most consumed meats in all over the world. In order to extend fresh poultry meat and meat products distribution, the food industry has developed preservation methods in order to prolong their shelf-life while the quality properties of the original product remain undamaged. Modified atmosphere packaging (MAP) together with refrigeration temperatures has become the most used packaging method to preserve poultry meat. It consists of packaging a food product and modifies the atmosphere that surrounds it for other gas such as nitrogen (N2), oxygen (O2), carbon dioxide (CO2) or a mixture among them. Its success remains basically on the concentration of CO2 used in the atmosphere. CO2 has the property to dissolve in the water and fat of the product. When that happens, some intracellular alterations take place, affecting the metabolism of some of the most common spoilage microorganisms, reducing their growth, and also the action of some enzymes responsible of food degradation reactions. However, the use of high concentrations of CO2 has been limited due to package collapse that it produces. This Thesis was focused to improve the traditional MAP technique. The first stage of the work consisted in testing the use of high CO2 concentrations to preserve fresh chicken meat, previously saturating the meat with pure CO2. With this pre-treatment we expected to reduce or even avoid package collapse, presenting a chance to reduce package volumes and therefore improve package and transport efficiency. The second stage of the project was to combine MAP with high hydrostatic pressure (HHP). HHP is one of the most promising technologies to replace heat treatments like pasteurization or even sterilization. However, high pressure levels required to achieve microbial inactivation has limited its use and implementation in food industries. The main objective of combining both technologies MAP and HHP was to reduce the pressure of the treatment without compromising microbial inactivation. Several experiments were carried, assessing the synergistic effect between both technologies and determining the optimal concentration of CO2 and pressure level to achieve a greater inactivation of the most common spoilage and pathogenic microorganisms of poultry meat. When fresh chicken meat was packaged with pure CO2 before its final package with modified atmosphere, the collapse of the packages was significantly decreased in comparison with the samples directly packaged with modified atmosphere. Also, its shelf-life was increased, as a greater amount of CO2 offered a longer bacteriostatic effect over microbial population. When saturation pre-treatments were carried out, package-productfilling volumes were successfully increased without compromising the safety of the product and the packaging collapse. Related to the combination of CO2 atmospheres with HHP, the synergistic effect of this combination on the reduction and inactivation of some of the most common spoilage and pathogenic bacteria of poultry products was demonstrated. After developing predictive models of the microbial reduction produced by the combination of CO2 atmosphere concentrations and high pressure treatments, an optimal treatment of 50% CO2 balanced with N2 and a pressure of 250 MPa during 10 min at room temperature was suggested for its attractive and non-extreme conditions. This was applied to fresh chicken breasts and was compared to air-pressurized and non-pressurized samples. A shelf-life of 26 days was achieved on MAP and HHP treated samples, while air-pressurized samples only achieved 15 days under acceptable microbial conditions. Although some physicochemical differences were detected in pressurized meat with respect to surface color and water holding capacity, once the meat was cooked no sensory differences were found among treatments. The forced dissolution of the gas produced by high pressure was also studied by quantifying the gaseous embolism produced by pressurizing poultry sausages. Results suggested that when higher pressures were applied, the gas surrounding the food penetrates inside the cell at a deeper levels and its extraction with pressure release was harder, keeping it dissolved. By slowing down the pressure release speed, a greater amount of the gas remained dissolved into the product, offering a better preservation of the food when this gas was CO2. The experimental results obtained have demonstrated that poultry meat preservation can be improved by the use of high-concentration CO2 atmospheres applied alone as a previous saturation treatment or in combination with high hydrostatic pressure. The work exposed on this Thesis demonstrates new ways to preserve poultry meat products, giving new prospects on meat science resear