El conservante es un importante aditivo alimentario que puede evitar que los alimentos se pudran y deterioren, garantizar su calidad y prolongar su vida útil. Con la mejora del nivel de vida, los consumidores buscan cada vez más alimentos nutritivos, sin aditivos, ecológicos, seguros y con una larga vida útil. Debido a la actividad microbiana, la oxidación y otros factores, los alimentos se corrompen y deterioran con facilidad, y si se consumen accidentalmente, los alimentos caducados o deteriorados también pueden provocar intoxicaciones alimentarias, por lo que el almacenamiento de los alimentos necesita un método de conservación eficaz. Además de los métodos tradicionales de conservación, como la refrigeración, la congelación, la salazón y el secado, los aditivos conservantes también pueden prolongar la vida útil de los alimentos.

Los conservantes naturales se utilizan más en los alimentos que los de síntesis química porque proceden de recursos naturales y tienen propiedades conservantes seguras, ecológicas y eficientes, por lo que su importancia es cada vez mayor. Se han llevado a cabo investigaciones sobre la aplicación de conservantes naturales en los alimentos y se están explorando nuevos conservantes naturales.

Este artículo se centra en tres tipos de conservantes naturales: conservantes vegetales, conservantes animales y conservantes microbianos, así como en sus respectivas funciones y aplicaciones en los alimentos.

Estado de la investigación sobre conservantes alimentarios naturales

Los conservantes naturales son una clase de sustancias funcionales con efectos antimicrobianos y antisépticos aisladas y extraídas de plantas, animales y microorganismos o de sus metabolitos, que son más seguras que los conservantes químicos.

En la industria alimentaria, a menudo se añaden conservantes para reducir las pérdidas, mejorar la calidad y prolongar la vida útil. En la actualidad, los conservantes más utilizados son los naturales y los químicos. Entre los conservantes químicos destacan los sorbatos, los nitritos y los benzoatos, entre otros. Aunque estos conservantes se utilizan desde hace muchos años, la preocupación de la gente por su seguridad nunca ha disminuido, y la mayoría de los conservantes químicos siguen siendo peligrosos para la salud humana.

Mamur et al. descubrieron que el sorbato de sodio era genotóxico para los linfocitos de sangre periférica humana; los investigadores también descubrieron que cuando estos conservantes se utilizan juntos, pueden tener efectos adversos para la salud humana.Binstok et al. informaron de que el uso combinado de sorbato y nitrito en productos cárnicos debe reducirse al mínimo debido al riesgo de formación de compuestos mutagénicos.

El uso de conservantes químicos en la conservación de alimentos puede causar ciertos peligros para la salud humana y el medio ambiente, mientras que los conservantes naturales tienen la ventaja de ser bajos en toxinas, inodoros, seguros y altamente eficaces, que no sólo son inofensivos para los seres humanos, sino que también tienen cierto valor nutricional; por lo tanto, el uso de conservantes naturales es más seguro para los seres humanos y el medio ambiente. Por lo tanto, los conservantes naturales de alimentos han recibido una gran atención en la industria alimentaria y requieren una mayor investigación y un desarrollo integral.

Fuentes y aplicaciones de los conservantes naturales

Los conservantes alimentarios naturales tienen las ventajas de poseer fuertes propiedades antimicrobianas, alta seguridad y buena estabilidad térmica, etc. Según su origen, pueden clasificarse en conservantes vegetales, conservantes animales y conservantes microbianos. Debido a las distintas fuentes de los diversos conservantes naturales, sus composiciones y características estructurales son diferentes, y sus aplicaciones en los alimentos también lo son. A continuación se presentan estos tres tipos de conservantes alimentarios naturales.

1. Conservantes vegetales

Los conservantes vegetales proceden principalmente de extractos de plantas, como ciertas hierbas y especias naturales y aceites esenciales. Por su sabor único y sus efectos antibacterianos y antisépticos, los extractos de plantas y los aceites esenciales se utilizan desde hace mucho tiempo como conservantes alimentarios, aromatizantes y preparados médicos.

1) Extractos vegetales
Los extractos de plantas suelen obtenerse de las raíces, tallos, hojas, flores, frutos, cortezas y otras partes de las plantas. Algunos extractos tienen sabores fuertes, que pueden causar molestias sensoriales en concentraciones elevadas, por lo que debe limitarse el uso de sus concentraciones. Los cambios cualitativos y cuantitativos en el contenido de fitoquímicos biológicamente activos en los extractos de plantas conducen a cambios en su eficacia, y estos fitoquímicos también afectan al contenido microbiano, la textura y el sabor de los alimentos. Debido a su composición fitoquímica específica, los extractos de plantas tienen cierta actividad antimicrobiana, y los obtenidos de hierbas, especias, verduras y frutas tienen efectos antimicrobianos contra bacterias, levaduras y mohos. Los estudios han demostrado que los extractos de plantas son muy eficaces para controlar el crecimiento de bacterias patógenas transmitidas por los alimentos.

Los extractos de plantas son ricos en antioxidantes naturales, que desempeñan un papel importante en los alimentos. Los antioxidantes son aditivos que pueden retrasar o prevenir el enranciamiento de los alimentos debido a la oxidación y prolongar su vida útil. La mayoría de los antioxidantes de origen vegetal presentan efectos protectores similares a los del butilhidroxianisol (BHA) y el butilhidroxitolueno (BHT), y una amplia variedad de verduras y frutas pueden considerarse fuentes importantes de antioxidantes naturales utilizados para enriquecer y estabilizar los alimentos. Los investigadores han estudiado los efectos antioxidantes de los extractos de plantas en los alimentos y han descubierto que los extractos de tomate y ajo retrasaban la oxidación lipídica del pescado congelado y las anchoas marinadas.

2) Aceites esenciales

Los aceites esenciales (AE) son líquidos aromáticos y volátiles obtenidos de hierbas y especias naturales que contienen altos niveles de metabolitos secundarios que tienen la capacidad de retardar o inhibir el crecimiento de bacterias, levaduras y mohos. Los aceites esenciales se utilizan desde hace siglos en la industria alimentaria, médica, de perfumería y cosmética como parte de especias o hierbas.

En la industria alimentaria, los aceites esenciales se utilizan principalmente como agentes aromatizantes. La composición química de los aceites esenciales vegetales no sólo está relacionada con el entorno en el que crece la planta, sino también con muchos otros factores como la especie de la planta, la estación en la que se recoge el material vegetal, la parte de la planta en la que se recoge e incluso el método de extracción del aceite esencial. La mayor actividad antimicrobiana de los aceites esenciales de hierbas se produce durante o después de la floración. Algunos de los compuestos antimicrobianos de los aceites esenciales se encuentran de forma natural en la planta, mientras que otros son producidos por la planta cuando está expuesta a un ataque microbiano o cuando ella misma resulta dañada. Dado que la mayoría de los aceites esenciales tienen un proceso de extracción maduro, un fuerte efecto antimicrobiano, no son tóxicos e inocuos, destacan como agentes antimicrobianos naturales en la conservación de alimentos.

2.Conservantes animales

Los conservantes animales son sustancias biológicas activas con efectos antisépticos extraídas artificialmente de determinados animales o de sus metabolitos, que se clasifican principalmente según sus funciones: enzimas antimicrobianas, péptidos antimicrobianos y péptidos antioxidantes.

1) Enzimas antimicrobianas
Las enzimas pueden ejercer actividad antibacteriana a través de muchos mecanismos diferentes. Por ejemplo, la lisozima y otras enzimas antimicrobianas catalizan principalmente la escisión de los polímeros de la superficie celular o de las paredes celulares, induciendo la descomposición bacteriana y, por tanto, tienen actividad antimicrobiana; la lactoperoxidasa (LPO) y otros sistemas de peroxidasas catalizan la oxidación para desempeñar una función antimicrobiana, y la LPO tiene un efecto inhibidor sobre el crecimiento tanto de bacterias Gram positivas como de bacterias negativas.

La lisozima se utiliza ampliamente en la conservación de carne, productos cárnicos, pescado y sus productos, leche y productos lácteos, así como frutas y verduras para prevenir el deterioro de los alimentos y la senescencia de la fruta. La lisozima muestra actividad antimicrobiana contra una cierta gama de bacterias y hongos, especialmente contra las bacterias Gram-positivas, y el uso combinado de lisozima y otros conservantes puede potenciar su actividad antimicrobiana, y se descubrió que la lisozima y el ácido láctico estreptocócico tienen un efecto sinérgico sobre las bacterias Gram-positivas.

La lactoperoxidasa es un importante agente antimicrobiano natural con propiedades bactericidas o bacteriostáticas en el envasado de alimentos.Mohamed et al[19] añadieron el sistema de la lactoperoxidasa (LPOS) directamente a las membranas de quitosano en diferentes concentraciones y descubrieron que el número de bacilos de deterioro, bacilos fluorescentes y bacterias criofílicas y neutrófilas se redujo significativamente en el grupo LPOS durante el periodo de almacenamiento en comparación con el grupo de control.

2) Péptidos antimicrobianos y péptidos antioxidantes
Los péptidos antimicrobianos (AMPS) son oligopéptidos formados por 20-60 residuos de aminoácidos con actividad antimicrobiana de amplio espectro contra bacterias, hongos, protozoos y algunos virus, y pueden aislarse de otros organismos como plantas, insectos, crustáceos y organismos marinos.

Los péptidos antimicrobianos de origen animal proceden principalmente de mamíferos, anfibios, peces, etc. Algunos posibles antimicrobianos de origen animal son la lactoferrina, la proteína de pescado y el quitosano. La lactoferrina es un péptido antimicrobiano catiónico, compuesto principalmente por poliarginina en la molécula y algunos otros aminoácidos en una determinada estructura o forma para unirse a la pared celular bacteriana, inhibiendo la formación de la pared celular y, por lo tanto, inhibiendo el metabolismo celular y provocando la muerte de la célula.

Tiene actividad antibacteriana contra bacterias y mohos, especialmente fuerte para bacterias Gram-positivas; el quitosano se encuentra sobre todo en los exoesqueletos de crustáceos y artrópodos, y tiene actividad antimicrobiana contra bacterias, hongos y virus.

La actividad antioxidante de los péptidos depende principalmente de las propiedades de unión de los iones metálicos y los radicales libres, y los péptidos antioxidantes incluyen principalmente proteínas y sus hidrolizados, péptidos y aminoácidos. La actividad antioxidante de las proteínas se debe a los aminoácidos de su estructura y a los péptidos activos obtenidos por hidrólisis enzimática.Centenaro et al. Centenaro et al. añadieron productos de hidrólisis enzimática de pescado y pollo a carne picada de vacuno, y descubrieron que los productos de hidrólisis enzimática tenían efectos antioxidantes y eran capaces de prevenir la oxidación lipídica de la carne de vacuno, y las tasas de inhibición de la oxidación lipídica eran de 93% y 80%, respectivamente.

3. Conservantes de microorganismos y sus metabolitos

Muchos compuestos producidos por bacterias pueden impedir el crecimiento de bacterias de deterioro o microorganismos patógenos en los alimentos. Los microorganismos alimentarios pueden formar un gran número de sustancias para inhibir el crecimiento de otros microorganismos, logrando así un equilibrio natural en el ecosistema microbiano.

Entre los microorganismos, las bacterias lácticas (BAL) tienen la capacidad de inhibir el crecimiento de microorganismos y se consideran los mejores candidatos. En la producción de alimentos fermentados, las bacterias lácticas se utilizan para mejorar el gusto, el sabor y la textura de los alimentos, así como para prevenir el crecimiento de microorganismos patógenos, y las BAL son inocuas cuando se consumen.Los componentes antimicrobianos de las BAL son principalmente bacteriocinas, ácidos orgánicos, peróxido de hidrógeno, dióxido de carbono y diacetilo; entre ellos, las bacteriocinas, que son conservantes naturales o bioconservantes sintetizados por las BAL y otras cepas, son eficaces contra Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Listeria monocytogenes y Clostridium botulinum. Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum y otros patógenos transmitidos por los alimentos con buenos efectos bactericidas o bacteriostáticos, y también tiene una buena actividad antimicrobiana contra las bacterias Gram-positivas, y las bacteriocinas tienen una actividad antimicrobiana más fuerte a valores de pH más bajos.

Además, las bacteriocinas pueden utilizarse en combinación con otros compuestos antimicrobianos para potenciar la inactivación de las bacterias. Las bacteriocinas pueden utilizarse en envases bioactivos y, en los últimos años, los investigadores han trabajado en la adición de bacteriocinas a las películas de envasado de alimentos para controlar el crecimiento de patógenos alimentarios.Las películas de envasado antimicrobianas se utilizan para prevenir el crecimiento de microorganismos en la superficie de los alimentos poniendo en contacto el material de envasado con la superficie de los alimentos.

Conclusión

Los alimentos son una importante fuente de nutrientes y energía para el consumo humano procedente del mundo exterior, y su seguridad e higiene son particularmente importantes, y los conservantes pueden lograr el efecto de prevenir el deterioro de los alimentos y prolongar su vida útil, por lo que los conservantes alimentarios tienen un papel extremadamente importante en la conservación y el almacenamiento de los alimentos. En comparación con los conservantes de síntesis química con efectos secundarios, cancerígenos y otras deficiencias, los conservantes naturales no sólo no son tóxicos e inofensivos, sino que pueden prolongar la vida útil de los alimentos, y también son beneficiosos para la salud humana; no hay duda de que, además de las hierbas naturales existentes, los animales o los componentes de aditivos microbianos, hay más nuevos conservantes naturales de alimentos aún por descubrir.

Por lo tanto, la investigación y el desarrollo de conservantes naturales seguros, fiables, baratos y eficientes es una importante dirección de investigación para el desarrollo de la ciencia alimentaria en China, y una medida importante para mejorar la eficiencia y la seguridad de la industria alimentaria.