Tecnologías no térmicas en el control de la contaminación fúngica y de micotoxinas

La contaminación de alimentos por hongos es un problema global con importante impacto económico a nivel mundial. 

Las esporas fúngicas transportadas por el aire pueden infectar, colonizar y deteriorar fácilmente plantas y alimentos. 
Se estima que los hongos son responsables de la pérdida de hasta más de un 20% de los productos agrícolas debido a las enfermedades que ocasionan, inclusive, en frutas y hortalizas poscosecha. 

Por otro lado, muchas especies de hongos producen micotoxinas.

Las micotoxinas

Las micotoxinas son metabolitos secundarios sintetizados principalmente por los géneros Aspergillus, Penicillium, Fusarium y Alternaria. 

Se han reportado más de 500 micotoxinas, siendo las aflatoxinas, la ocratoxina A, las fumonisinas, los tricotecenos y la zearalenona las más significativas debido a su impacto en la salud pública.

Forman una familia químicamente heterogénea, agrupada por sus efectos nocivos para la salud humana y animal, incluyendo daños permanentes. Algunas son potencialmente mutagénicas, teratogénicas, cancerígenas, citotóxicas, neurotóxicas y nefrotóxicas, además de inmunosupresoras. 

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (AESA) publica periódicamente informes sobre cuestiones de seguridad alimentaria, incluidos los relacionados con las micotoxinas (www.efsa.europa.eu). 

Frecuencia de aparición

El Sistema de Alerta Rápido para Alimentos y Piensos (RASFF) de la Unión Europea informó que, en 2023, las micotoxinas se clasificaron como la tercera categoría de peligro notificada con mayor frecuencia. La mayoría de estos casos se relacionó con la detección de aflatoxinas, siendo los frutos secos y sus derivados los productos más común mente contaminados. 

Difusión y descontaminación

Las micotoxinas pueden difundirse en hortalizas y frutas con alto contenido de agua desde la parte afectada por hongos para el resto del alimento. 

Las micotoxinas son compuestos altamente resistentes y químicamente estables pudiendo soportar diversos métodos de procesamiento de alimentos, incluyendo altas temperaturas, congelación y tratamientos químicos. 

Las técnicas convencionales de descontaminación, como el lavado, la molienda o el calentamiento, en general no logran eliminarlas por completo, y algunos métodos pueden incluso provocar la formación de subproductos todavía más tóxicos.

En consecuencia, controlar la existencia de micotoxinas en los alimentos requiere un monitoreo regular, como el empleo de antifúngicos y una higiene estricta en las condiciones de almacenamiento de modo a prevenir la proliferación de micelios y la supervivencia de esporas.

Tecnologías de procesamiento térmico

En este contexto, algunas alternativas a los antimicrobianos son las tecnologías de procesamiento térmico, bien establecidas y relativamente rentables, especialmente en la producción a gran escala.

Muchos tipos de alimentos, desde líquidos hasta sólidos, pueden tratarse con estos métodos. Sin embargo, el principal problema radica en que las condiciones del proceso no solo provocan la pérdida de nutrientes, compuestos bioactivos y propiedades sensoriales, sino que también pueden provocar deshidratació, reacciones de pardeamiento (reacción de Maillard) por la formación hidroximetilfurfural y furfural, además de acrilamida, con efectos tóxicos.  

Tecnologías no térmicas

Por esta razón, las tecnologías no térmicas innovadoras han obtenido cada vez mayor importancia en los últimos años, ya que permiten evitar los efectos perjudiciales del procesamiento térmico. 

Además, presentan un bajo consumo energético, son adaptables, se pueden utilizar en una mayor variedad de productos alimenticios y muestran mejores resultados en el control de hongos filamentosos, esporas y micotoxinas en comparación con las tecnologías térmicas, garantizando así la inocuidad alimentaria y la obtención de productos de mejor calidad. 

Un estudio reciente tuvo como objetivo explorar nuevas tecnologías no térmicas como la aplicación de alta presión, del ozono, del tratamiento UV, del tratamiento con luz azul, de los campos eléctricos pulsados), del plasma frío, del haz de electrones, de la luz pulsada, del ultrasonido y de los nanomateriales; estos métodos se están volviendo cada vez más populares en el procesamiento de alimentos. 

Además, el uso de estos tratamientos son más respetuosos ecológicamente y más eficientes que los métodos convencionales, lo que podrá ayudar a la industria alimentaria a reducir su impacto ambiental. 

Beneficios y barreras de las tecnologías no térmicas

Las tecnologías no térmicas ofrecen varios beneficios como aumentar la biodisponibilidad de micronutrientes y fitoquímicos que tienen aplicaciones nutracéuticas. También, incluyen la preservación del sabor, así como la calidad sensorial de los productos fermentados.

Sin embargo, existen algunas barreras prácticas que pueden surgir por el uso de tecnologías no térmicas, como mayores costos de inversión inicial y requisición de leyes y regulaciones para garantizar la seguridad de los métodos aplicados.

Ejemplos de tecnologías no térmicas

A continuación, se dan algunos ejemplos de tecnologías no térmicas en el control de la contaminación fúngica y de las micotoxinas.

Procesamiento a alta presión (HPP)

El procesamiento a alta presión o alta presión hidrostática requiere la inmersión de un producto en agua y su exposición 100 a 800 MPa*, en un envase apto para alta presión y se mantiene durante algunos minutos hasta su descompresión.

Existen dos tipos de técnicas de HPP según el tipo de alimento a tratar. La HPP discontinua se utiliza para alimentos sólidos o productos con partículas sólidas grandes, mientras que la HPP semicontinua se utiliza para líquidos. 

Aunque la HPP se considera un proceso no térmico, el aumento de presión provoca un calentamiento adiabático con un incremento de temperatura de 2-3 °C/100 MPa para alimentos a base de agua y de hasta 9 °C/100 MPa para alimentos a base de aceite.

La HPP se aplica generalmente para la prolongación de la vida útil de alimentos debido a su efecto desactivador sobre microorganismos patógenos y causantes de descomposición. 

Tratamiento con ozono (O3)

El tratamiento con ozono se considera un método seguro para los alimentos porque este elemento se descompone en oxígeno y el radical libre O. altamente oxidativo, que destruye los componentes biológicos, causando disfunción o muerte celular, y no produce residuos que afecten a la salud de los consumidores. 

Los grupos funcionales de las moléculas de micotoxinas inter-actúan con los agentes oxidantes, pudiendo cambiar sus estructuras químicas, lo que permite la formación de productos con menos toxicidad.

Tratamiento con radiación ultravioleta (UV)

La radiación ultravioleta se refiere a la radiación electromagnética con una longitud de onda más corta que la luz violeta visible y se clasifica según su nivel de energía: UVA (320-400 nm), UVB (280-320 nm) y UVC (200-280 nm).

La dosis de radiación UV administrada determina su eficacia desinfectante, y se define como la intensidad (mW/cm², miliwatts por centímetro quadrado) por el tiempo de exposición.

La radiación UV modifica el ADN, las proteínas o los lípidos de los microorganismos, causando su muerte o la inhibición del desarrollo. 

Además, la radiación UV también puede degradar las micotoxinas; muchas de estas sustancias con estructuras complejas y grupos funcionales más reactivos pueden absorber la luz UV, lo que desencadena la fotorreacción con la formación de nuevos compuestos de menor toxicidad.

Tratamiento con luz azul 

Varios investigadores han demostrado que, entre las diferentes longitudes de onda de la luz visible (luz azul, verde y roja), fundamentalmente el rango espectral azul, de 400 a 470 nm, presenta efectos antimicrobianos.

Como alternativa, se puede crear un sistema de desinfección no térmico, económico y ecológico utilizando tecnología basada en diodos emisores de luz (LED).

Muchos microorganismos son sensibles a la luz azul, lo que puede provocar reacciones fisiológicas a partir de sus receptores.

En particular, muchas especies de hongos poseen receptores para determinadas longitudes de onda, y contienen un compuesto orgánico de bajo peso molecular, como flavina, retinal o tetrapirroles, para la percepción de la luz azul, verde y roja, respectivamente.

Cuando las células fúngicas se exponen a la luz azul, las moléculas sensibles en su interior la absorben lo que estimula a los cromóforos, conduciendo a la  producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) que comprometen la integridad de la membrana celular, dañan el ADN, desencadenan la peroxidación lipídica y potencialmente destruyen las membranas mitocondriales. 

La luz azul es también, una estrategia eficaz para controlar las micotoxinas. Dependiendo de la especie o cepa fúngica, existen diferencias en la interacción entre la irradiación lumínica y la producción de micotoxinas.

Por ejemplo, mediante tratamientos con luz azul (455-470 nm), se reduce la producción de la ocratoxina al controlar la expresión de la enzima policétido sintasa en Penicillum expansum, Penicillium verrucosum y Penicillium nordicum. 

Además, bajo el tratamiento con luz azul se observa una reducción en la actividad transcripcional de los genes responsables de la biosíntesis de micotoxinas en Aspergillus flavus y A. parasiticus. 

Luz pulsada 

El sistema de luz pulsada también se conoce como luz UV pulsada, luz pulsada de amplio espectro de alta intensidad, luz blanca pulsada o pulsos de luz intensos. 

Una de las principales ventajas de la luz pulsada sobre otras tecnologías no térmicas es la emisión de ráfagas de luz altamente concentradas y de corta duración. Estos intensos pulsos de energía pueden inactivar eficazmente una amplia gama de microorganismos patógenos en cuestión de milisegundos a segundos, lo que convierte el método muy eficiente en tiempo para tratamientos de superficies. 

El sistema típico consta de pulsos eléctricos para excitar gases inertes, como el xenón en las lámparas de destello, y provocar la colisión de moléculas gaseosas, produciendo pulsos de luz. 

Los efectos de la luz pulsada  sobre las células microbianas se deben al efecto fotoquímico, causado por el componente UV, que puede ser absorbido por el ADN y otros componentes celulares, como la alteración de la pared celular, la contracción de la membrana citoplasmática y la ruptura del mesosoma, seguida de la fuga del contenido celular y del material genético. 

La luz pulsada provoca  la degradación de las micotoxinas.

Campos eléctricos pulsados 

Esta tecnología utiliza pulsos de campo eléctrico intensos con duraciones que van desde unos pocos microsegundos hasta milisegundos, e intensidades de entre 10 y 80 kV/cm. El producto se coloca entre dos electrodos, y el número de pulsos aplicados determina su eficacia. 

La inactivación de microorganismos se produce por electroporación o permeabilización de membranas causada por el campo eléctrico, lo que permite el movimiento de moléculas extracelulares e intracelulares. 

Para que se produzca la electroporación, el campo eléctrico debe estar por encima del valor umbral en el que se produce la ruptura irreversible de la membrana celular, lo que provoca la pérdida de la homeostasis microbiana y la muerte celular.

Este valor umbral, o intensidad crítica del campo eléctrico, varía según el microorganismo, pero generalmente se sitúa entre 15 y 35 kV/cm. 

Se ha estudiado la eficacia del campo eléctricos pulsado contra las aflatoxinas, siendo la hidrólisis en  los enlaces éster, y/o la oxidación, las principales responsables de la degradación y transformación de las aflatoxinas 

Tratamiento con plasma atmosférico frío 

El plasma es un conjunto de diversas especies atómicas, moleculares, iónicas y radicales excitadas que coexisten con diversas partículas, como electrones, iones, radicales libres, especies reactivas de oxígeno/nitrógeno (RONS), moléculas de gas en estado fundamental o excitado, y radiación electromagnética (fotones UV y luz visible), que poseen un potente efecto oxidante.

La producción de diversos componentes es necesaria para la actividad antifúngica y el proceso de degradación de micotoxinas, incluyendo la radiación ultravioleta, las especies reactivas de oxígeno como el ozono (O₃), el peróxido de hidrógeno (H₂O₂), el oxígeno singlete (O₂.), los radicales peroxilo (ROO•) e hidroxilo (•OH), y las especies reactivas de nitrógeno (RNS) como el óxido nítrico (NO), el peroxinitrito (ONOO-) o el ácido peroxinitroso (OON).

Aunque cada una de estas especies puede actuar por sí sola, se ha observado una interacción sinérgica de los  componente en el plasma.

Las especies reactivas producidas por el plasma atmosférico frío pueden modificar la pared celular y la membrana fúngica, liberando los contenidos citoplasmáticos  y provocando la inactivación celular. 

Los radicales generados por el plasma atmosférico frío son tóxicos y pueden actuar rápidamente, provocando la despolarización de las membranas celulares y mitocondriales, un aumento de los niveles intracelulares de calcio (Ca+2), daños al ADN e incluso la inducción de apoptosis celular.

La degradación de micotoxinas está relacionada con diversos mecanismos, como las interacciones químicas con las especies reactivas y la radiación UV, que provoca la escisión molecular durante el tratamiento.

Haz de electrones 

Durante este proceso, se generan electrones a partir de electricidad en el vacío. Los electrones se disparan o pulsan desde un cañón compuesto por un cátodo, una rejilla y un ánodo, creando un haz. 

El haz de electrones pulsados ​​se transmite a través de una longitud de onda de radiofrecuencia en el acelerador lineal, que cuenta de cavidades con carga positiva y negativa que aumentan su velocidad. 

Los electrones rompen enlaces moleculares y crean radicales libres; el haz de electrones puede ionizar las moléculas de agua para producir radicales libres inestables, que pueden influir directamente en los ARN y ADN, o afectar indirectamente la estructura de las moléculas como resultado de la radiólisis del agua, dañando así otras vías metabólicas y promoviendo la oxidación intracelular, lo que resulta en daño y muerte celular. 

Tratamientos con ultrasonido (US)

El US consiste en ondas sonoras cuya frecuencia supera el límite auditivo humano (alrededor de ~20 kHz).

Con ultrasonidos de alta intensidad, se crean burbujas de cavitación mediante ciclos de presión generados, que crecen irregularmente durante los ciclos de compresión/rarefacción, absorbiendo energía hasta un máximo al colapsar implosivamente, liberando una gran cantidad de energía y, en algunos casos, produciendo radicales libres  y ROS, capaces de destruir cualquier membrana o pared celular de microorganismos que inducen a la inactivación microbiana.

Los alimentos con mayor contenido de agua, como las frutas y verduras, se ven más favorecidos por el tratamiento con ultrasonidos; el agua se descompone en radicales de hidrógeno, hidroxilo y peróxido de hidrógeno que pueden romper los enlaces covalentes en las micotoxinas.

Antimicrobianos basados ​​en nanopartículas metálicas y nanoestructuras de óxidos metálicos

Los nanomateriales incluyen nanopartículas, cúmulos de átomos muy finos con dimensiones entre 1 y 100 nm, y se pueden estar constituidas de materiales  orgánicos y inorgánicos.

Las nanopartículas metálicas de plata, zinc, paladio, cobre, hierro, selenio y níquel resultan eficaces  como agentes antifúngicos por afectar a las hifas y esporas, generando malformaciones en estas estructuras e inhibiendo el desarrollo del hongo.

Entre las nanopartículas metálicas, las constituidas por plata han sido las más utilizadas gracias a su capacidad para alterar la membrana celular y otras funciones biológicas como proteínas, ácidos nucleicos, ribosomas, además de afectar la expresión génica, inclusive los involucrados en la biosíntesis de micotoxinas, perjudicando también procesos esenciales como la síntesis de ATP, la síntesis de proteínas y el transporte de nutrientes (Na+ y K+), el potencial de membrana y provocando apoptosis celular. 

Estos estudios contribuyen a la comprensión de técnicas de innovación, y sus aplicaciones prácticas en diversos productos poscosecha.

* MPa -Megapascal- es una unidad de presión en el Sistema Internacional de Unidades equivalente a 1 millón de pascales (10⁶ Pa)

Fuentes

Hernández, J. B. M.; de Tovar, C. D. G.; Ospina, L. N. J. D.; Rinaldi, M.; López, C. C.; Bueso, G. A.C. (2025).
Enhancing  postharvest food safety: the essential role of non-thermal Technologies in combating fungal contamination and mycotoxins
Front. Microbiol. Sec. Food Microbiology, 16.

Imágenes

https://www.tribunapr.com.br/saude-e-bem-estar/o-que-acontece-se-comer-comida-mofada-saiba-se-tem-problema-tirar-so-a-parte-feia-do-alimento-mofado/
Acceso el 11/06/2025.

https://www.ufrgs.br/aulaspraticasdemip/?page_id=162
Acceso el 11/06/2025.