Caracterització i revaloració de la fracció plasmàtica de la sang de porc procedent d'escorxadors industrials

Abstract

La tesi s'ha estructurat en tres apartats que, en conjunt, han de permetre determinar les possibilitats d'aprofitament dins la mateixa indústria alimentària de la fracció plasmàtica de la sang de porc generada per escorxadors que utilitzen sistemes oberts de recollida higiènica.<br/>1. En la primera part s'analitza la composició de la sang higiènica que s'està recollint actualment i s'estudien les característiques tant físico-químiques com microbiològiques que determinen la seva qualitat. La caracterització s'ha realitzat amb sang recollida en diferents escorxadors industrials de les comarques de Girona i s'ha centrat principalment en l'estudi de la contaminació microbiològica i el nivell d'hemòlisi de la sang. S'ha fet un disseny experimental que ha permès alhora valorar l'efecte d'alguns factors sobre la qualitat de la sang: possibles diferències relacionades amb (1) la climatologia del període de l'any en el qual es fa la recollida, (2) particularitats dels escorxadors (grandària, sistemes de dessagnat, tipus, dosi i sistema de dosificació de l'anticoagulant, condicions de processament, maneig i emmagatzematge després de la recollida, etc.).<br/>Els resultats obtinguts ens permeten constatar que, en les condicions actuals, la sang que s'està recollint en els escorxadors estudiats no es pot considerar adequada per a una matèria primera de productes destinats a alimentació humana. La major part de la microbiota contaminant s'adquireix en el propi sagnador. S'ha constatat que el sistema de dessagnat en posició horitzontal podria ser una mesura útil per minimitzar la contaminació d'origen fecal o provinent de la pell de l'animal sacrificat i que la separació immediata de les fraccions en el propi escorxador també pot contribuir a reduir la contaminació. Així doncs, en el benentès que l'efectivitat pot obtenir-se del conjunt de mesures preses, més que de l'aplicació d'una sola d'elles, es suggereix la introducció d'una sèrie d'actuacions que potser permetrien reduir els nivells de contaminació que s'obtenen actualment.<br/>El tractament mecànic de la sang, el sistema d'addició d'anticoagulant, el volum i concentració de la solució anticoagulant afegida i el període d'emmagatzematge són els factors responsables de l'hemòlisi; mentre que nivells elevats de contaminació microbiològica i el tipus d'anticoagulant utilitzat deterrminen la velocitat d'increment de l'hemòlisi de sang refrigerada. S'ha constatat que quan la sang no pot ser processada immediatament i s'ha d'emmagatzemar en refrigeració és millor utilitzar citrat sòdic enlloc de polifosfat com a anticoagulant ja que l'increment d'hemòlisi es dóna més lentament.<br/>2. El segon apartat s'ha centrat en la fracció plasmàtica de la sang. S'ha utilitzat la deshidratació per atomització com a tecnologia de conservació del plasma i s'ha fet una caracterització del producte en pols resultant des del punt de vista de composició i qualitat. A més de la contaminació microbiològica, que determina la qualitat higiènico-sanitària del producte, s'ha realitzat un estudi de les propietats funcionals que podrien fer del plasma un producte útil en la formulació d'aliments (capacitat escumant, emulsionant, gelificant). S'ha fet especial incidència en (1) determinar l'efecte del procés tecnològic de deshidratació sobre la funcionalitat del producte i (2) estudiar l'estabilitat del plasma deshidratat durant el període d'emmagatzematge.<br/>En les condicions de deshidratació per atomització aplicades no es provoca desnaturalització de la fracció proteica i s'obté un producte suficientment deshidratat, amb una aw<0,4 per permetre suposar una bona estabilitat. <br/>Algunes mostres de plasma deshidratat analitzades presenten nivells detectables de determinats residus (sulfonamides i corticosteroides). La qualitat microbiològica del producte en pols reflecteix l'elevada contaminació que contenia la matèria primera utilitzada, tot i que la deshidratació per atomització ha comportat la reducció en una unitat logarítmica de la càrrega contaminant. Els recomptes generals de microorganismes són encara preocupants i més tenint en compte que s'ha evidenciat la presència de toxines estafilocòciques en algunes mostres.<br/>L'avaluació de les propietats funcionals del producte deshidratat en relació a les que presentava el plasma líquid ens ha permès comprovar que: (1) El procés de deshidratació no ha afectat la solubilitat de les proteïnes. Això, junt amb el fet que no s'obtinguin diferències significatives en l'anàlisi calorimètrica de mostres líquides o deshidratades, permet concloure que el procés no provoca desnaturalització proteica. (2) No s'observen efectes negatius del procés tecnològic sobre la capacitat escumant ni en l'activitat emulsionant de les proteïnes plasmàtiques, dues propietats funcionals que possibiliten l'aplicació del plasma amb aquestes finalitats en l'elaboració d'alguns aliments. (3) La deshidratació tampoc perjudica de manera important les característiques dels gels que s'obtenen per escalfament, ja que els gels obtinguts a partir del plasma líquid i del plasma deshidratat presenten la mateixa capacitat de retenció d'aigua i no s'observen diferències en la microestructura de la xarxa proteica d'ambdós tipus de gel. Tanmateix, els que s'obtenen a partir del producte en pols mostren una menor resistència a la penetració.<br/>L'estudi d'estabilitat ens ha permès comprovar que la mostra de plasma deshidratat per atomització perd algunes de les seves propietats funcionals (facilitat de rehidratació, capacitat de retenció d'aigua i fermesa dels gels) si s'emmagatzema a temperatura ambient, mentre que aquestes característiques es mantenen un mínim de sis mesos quan el producte en pols es conserva a temperatura de refrigeració.<br/>3. En l'última part, tenint en compte les conclusions derivades dels resultats dels apartats anteriors, s'han assajat tres possibles sistemes de reducció de la contaminació aplicables a la fracció plasmàtica com a pas previ a la deshidratació, per tal de millorar les característiques de qualitat microbiològica i les perspectives d'estabilitat del producte durant l'emmagatzematge. S'ha determinat l'eficàcia, i l'efecte sobre les propietats del plasma deshidratat, que poden tenir tractaments d'higienització basats en la centrifugació, la microfiltració tangencial i l'aplicació d'altes pressions.<br/>Els tractaments de bactofugació aplicats permeten reduir entre el 96 i el 98% la contaminació microbiana del plasma. Aquesta reducció s'aconsegueix tant amb un sistema discontinu com amb un sistema continu treballant a una velocitat de 12 L/h, fet que permetria adaptar el tractament de bactofugació a un procés de producció industrial.<br/>Un sistema combinat de bactofugació en continu i microfiltració tangencial permet incrementar l'eficàcia fins a un 99,9 % de reducció. Cal tenir present, però, que aquest tractament provoca també una disminució de l'extracte sec que afecta negativament les propietats funcionals del plasma líquid. Malgrat suposar una pèrdua pel que fa al rendiment, aquest efecte negatiu sobre la funcionalitat no suposaria cap inconvenient si s'utilitzés la deshidratació com a tecnologia de conservació del plasma, ja que es podria corregir l'extracte sec durant la reconstitució del producte. Caldria avaluar si la millora en la qualitat higiènico-sanitària del producte compensa o no les pèrdues que suposa aquest sistema d'higienització combinat.<br/>Amb relació als tractaments d'alta pressió, de totes les condicions de tractament assajades, les pressions de fins 450 MPa permeten obtenir plasma sense modificacions importants que impedeixin la seva deshidratació per atomització. Així doncs, les condicions de procés que s'han aplicat són pressuritzacions a 450 MPa de 15 minuts de durada. La temperatura de tractament que s'ha mostrat més eficaç en la reducció dels recomptes de microorganismes ha estat de 40ºC. Els tractaments a aquesta temperatura permeten assolir reduccions del 99,97% i disminuir en un 80% la capacitat de creixement dels microorganismes supervivents a la pressurització en relació a la que presentava la població contaminant del plasma abans del tractament. <br/>L'estudi de l'efecte d'aquest tractament (450 MPa, 15 min i 40ºC) sobre les propietats funcionals del plasma ha permès observar que la pressurització comporta una disminució en la solubilitat del producte però una millora en les propietats de superfície -estabilitat de l'escuma i activitat emulsionant- i un increment de la capacitat de retenció d'aigua i de la duresa dels gels obtinguts per escalfament. Calen més estudis per confirmar i caracteritzar aquesta millora en la funcionalitat, així com per establir si el tractament de pressurització afecta també l'estabilitat del producte durant l'emmagatzematge.<br/>De totes les tecnologies d'higienització assajades, l'alta pressió és la que permet obtenir millors resultats en el sentit de poder garantir un producte de bona qualitat microbiològica i segur, des del punt de vista sanitari i tecnològic, per a la seva utilització com a ingredient alimentari.

Blood from slaughtered animals produced in industrial abattoirs can be used as a good raw material in both feed and food industries as regard to its good nutritional value and excellent functional properties. This study was undertaken to determine the possibility of the food industry to make use of the plasma obtained from porcine blood collected by means of hygienic open blood-collection systems in industrial abattoirs. The study has been divided into three parts with particular objectives that are specified below.<br/>1. The first part consisted on making the characterisation, from both physico-chemical and microbiological points of view, of the blood collected in several abattoirs. Microbial contamination is an important handicap in using the blood as a source of human food, as is the case of most industrial by-products. In the same way, small amounts of residual haemoglobin present in plasma, as a consequence of red blood cell hemolysis, induces off-flavours and discoloration in foods containing plasma. In this study a comparative analysis of the microbial quality and the level of hemolysis of porcine blood hygienically collected in six abattoirs from Girona was carried on. The evolution of hemolysis in blood stored at chilling temperatures for several days and the main factors promoting its increase during storage were studied. <br/>Our results indicate that the microbiological quality of the blood which was collected in those abattoirs was not as good as it had to be in order to be used for human consumption. It has also been stablished that the dose and concentration of anticoagulant added to the blood were important factors affecting the hemolysis levels. The rates of hemolysis were strongly influenced by the type of anticoagulant used and the level of microbiological contamination of blood. To reduce the rate of hemolysis during storage the use of sodium citrate as anticoagulant rather than polyphosphate is recommended.<br/>2. The second part of the study was focused on the plasmatic fraction of the blood. Spray drying was applied as a technology to preserve the plasma. The composition and the quality of the powder have been determined by means of physico-chemical and microbiological analyses and the evaluation of some functional properties (solubility, foaming capacity, emulsifying activity and the characteristics of heat-induced gels). The effect of the drying process on these properties and the stability of the dried plasma during storage were also studied.<br/>Spray-dried plasma had a residual water content of about 11 %, which represented less than 0.4 in the aw value. It was still very contaminated and staphylococcal enterotoxines were found in several samples. The comparison between the functional properties of spray-dried and liquid plasma led to the following conclusions: (1) Spray-drying did not produce a significant denaturation but only little structural modifications of the plasma proteins which did not affect their solubility. (2) The dehydrated product had similar foaming properties and emulsifying activity to the liquid plasma. (3) The water holding capacity and the microstructure (SEM) were the same for gels obtained from both liquid and dehydrated plasma but the hardness of heat induced gels from spray-dried plasma was reduced as compared with those obtained from liquid plasma. These properties remained stable as long as three month at room temperature and at least for six month under chilling conditions.<br/>3. In the last part, some technological methods to reduce microbial contamination of plasma before it was dried were tested. The interest in maintaining functional properties of plasma proteins supposes a limitation on the use of conventional thermal systems to improve its sanitary quality. Because of this, bactofugation, microfiltration and high hydrostatic pressure (HHP) were assayed as possible alternative sanitising technologies.<br/>Between 96 to 98% of reduction in microbial counts were achieved by means of bactofugation. A combined system of bactofugation and tangential microfiltration improved the efficacy up to 99.9% of reduction but also provoked a decrease of 0.5% in the dry matter content of plasma. High pressure treatments at operating pressures of 450 MPa applied during total compression times of 15 min led to different results depending on the processing temperatures. Treatments done at 5ºC led to reductions of about the 90% in the microbial counts and to 20-50% decreases in the growth ability of the survivors. At 25 and 40ºC the efficacy was increased to reduction values of 99.82 and 99.97%, respectively. The decreases in the growth capacity were about 50% at 25ºC and up to 80% at 40ºC. The main conclusion of this study was that high hydrostatic pressure at 450 MPa, during 15 min at 40ºC is an effective method to improve the microbiological quality of plasma. The original contamination was reduced from initial counts of 105-106 cfu/mL to final counts of 10-103 cfu/mL and there were no appreciable negative effects on the functional properties of the product.