Seguridad Alimentaria: Toxicología, Contaminantes y Sistemas de Control

Toxicología Alimentaria: Conceptos Fundamentales y Estudios de Toxicidad

La toxicología es la ciencia que estudia los componentes de un alimento que pueden ser nocivos para el ser humano. La toxicidad puede deberse a la naturaleza del alimento, la presencia de aditivos, alteraciones físico-químicas o contaminación accidental. Las sustancias tóxicas se dividen en naturales y contaminantes.

Estudios de Toxicidad en Animales Experimentales

Para que un producto salga al mercado, se realiza un estudio en animales experimentales y las conclusiones se extrapolan al ser humano. Se usan tres grupos que deben ser de la misma especie, edad, sexo y en las mismas condiciones. Los grupos son:

Grupo experimental: se administra sustancia tóxica + excipiente.
Grupo control: no se administra ni tóxico ni excipiente.
Grupo placebo: solo excipiente sin tóxico.

Este estudio se basa en que la toxicidad depende de la dosis y cualquier alimento puede intoxicar si se abusa. No hay sustancias absolutamente tóxicas o no tóxicas, sino grados de toxicidad:

Aguda
A corto plazo
A largo plazo (crónica)

Grados de Toxicidad: Aguda, a Corto Plazo y Crónica

Toxicidad Aguda

Se manifiesta de forma inmediata (máximo 48 horas). Se usan 2-3 especies con distintas dosis y se expresa en dosis tóxica/kg. Se calcula la DL50 (dosis letal 50%), que provoca la muerte en el 50% de los casos. Se establece la dosis máxima permitida, que es una dosis elevada sin provocar efectos. Este estudio ayuda a descartar sustancias muy tóxicas, identificar los síntomas de intoxicación y evaluar el efecto tóxico en el organismo.

Toxicidad a Corto Plazo

Se administran dosis repetidas de la sustancia durante aproximadamente el 30% de la vida del animal. Se usan hasta 2 especies divididas en 3 grupos. Se estudian el comportamiento, crecimiento, hematología, reproducción, alimentación, fisiología, histología y citología. El objetivo es determinar la dosis máxima que no produce efecto.

Toxicidad Crónica o a Largo Plazo

La exposición es prolongada, ya sea por una sola dosis o exposiciones repetidas, y tiene un período de latencia. Se usan diferentes especies durante toda la vida o incluso durante varias generaciones. Se administran pequeñas dosis y se analizan efectos que pueden ser neurológicos, mutagénicos, cancerígenos, causar esterilidad o efectos teratogénicos.

Métodos Instrumentales para la Detección de Sustancias en Alimentos

Técnicas Analíticas Clave

Espectrofotometría: Mide cuánta luz absorbe una sustancia, usando la ley de Lambert-Beer: A = ε·C·l. Pasos: hacer curva A vs C, medir A de muestra problema y calcular C con la ecuación o interpolación.
Cromatografía: Separa componentes por velocidad. Se calcula Rf = dist. sustancia / dist. disolvente, y se compara con valores conocidos (ej. histamina Rf = 0,55).
Polarimetría: Mide el giro de la luz polarizada en sustancias ópticamente activas, usando [α] = α / (l·c). Sirve para conocer concentración o identificar (ej. sacarosa, fructosa).
Refractometría: Mide el índice de refracción (n = c/v). Sirve para saber concentración (°Brix) o pureza. Se coloca una gota en el refractómetro y se compara con tablas.
Electroforesis: Separa ADN o proteínas por tamaño y carga aplicando corriente eléctrica en un gel; los más pequeños y cargados se mueven más rápido.
Espectrofotometría de Emisión y Fluorescencia: La muestra emite luz al excitarse (llama o UV). Se mide la longitud de onda emitida para identificar o cuantificar sustancias (metales, vitaminas).

Evaluación de la Toxicidad y Control de Riesgos

Estudios Bioquímicos: Toxicidad Metabólica

Estos estudios determinan el metabolismo del tóxico y la receptibilidad entre especies, usando isótopos radiactivos. Se analizan:

Manifestaciones fisiológicas
Mecanismos de acción
Distribución en el organismo
Transformaciones metabólicas
Lugares de acción
Vías de eliminación
Acumulación en órganos
Toxicidad de metabolitos
Interacción con otras sustancias

Proceso L.A.D.M.E.

El proceso sigue las fases de:

Liberación: de nutrientes/tóxicos.
Absorción: paso al torrente sanguíneo y al receptor.
Distribución.
Metabolismo: se transforma en metabolitos tóxicos o no.
Excreción: orina, heces, lágrimas, saliva, sudor, emesis.

Estudios Epidemiológicos en Seguridad Alimentaria

La cadena epidemiológica está formada por:

La fuente de infección.
Los mecanismos de transmisión.
La persona susceptible.

Las fuentes pueden ser persona, animal o suelo (tóxico). La transmisión puede ser por contacto/aire, fómites (objetos inanimados) o vectores (ser vivo). Cuando afecta a muchas personas hablamos de epidemia, si afecta a varios países es pandemia y si afecta solo a una zona geográfica es endemia.

Estudio del Tóxico en Alimentos: Método Analítico e Interpretación

Se determina:

La dosis en el alimento.
La estructura química.
La presencia de otras sustancias que potencian o reducen la acción.
La influencia del tratamiento farmacológico sobre el efecto tóxico.

Interpretación

Tras el análisis se puede:

Prohibir el consumo.
Establecer la dosis diaria admisible (DDA).
No preocuparse si es inocuo.

Coeficiente de Seguridad

Se calcula en función de:

El efecto tóxico y lugar de acción.
La reversibilidad del producto.
La dosis máxima sin efecto.
El mecanismo de eliminación.
El consumo en la población.

Clasificación y Ejemplos de Sustancias Tóxicas en Alimentos

Sustancias Tóxicas Naturales

Incluyen:

Sustancias biogénicas.
Inhibidores de enzimas.
Hemaglutininas.
Latirogénicas.
Productoras de favismo.
Glucósidos cianogénicos.
Estimulantes y depresivos.
Aminas fisiológicamente activas.
Antagonistas de vitaminas y minerales.
Animales y vegetales tóxicos.

Sustancias Tóxicas No Naturales (Contaminantes)

Son:

Cancerígenos: nitratos, aflatoxinas, acrilamida, benzopirenos (en asados).
Compuestos químicos: fitosanitarios, contaminantes tecnológicos, industriales y domésticos, sustancias en producción animal.

Micotoxinas: Aflatoxinas, Ergotamina, Patulina y Ocratoxina

Son toxinas producidas por hongos.

Aflatoxinas: (Aspergillus, Fusarium, Penicillium) colonizan cereales y frutos secos. Son muy tóxicas (5 µg/kg peso/día), cancerígenas, mutagénicas, teratogénicas y hepatotóxicas (aguda: necrosis/hemorragia; crónica: cirrosis/cáncer hepático). Pueden afectar la leche y derivados si están presentes en piensos.
Ergotamina: (Claviceps purpurea) afecta al centeno y produce gangrena por vasoconstricción capilar.
Patulina: (Aspergillus y Penicillium) afecta frutas, tiene preferencia por pulmón, riñones y bazo, y puede causar parálisis.
Ocratoxina: (Aspergillus y Penicillium) afecta al maíz y produce hemorragias renales.

Benzopirenos y Acrilamida

Benzopirenos: Se producen en alimentos expuestos a >400°C (ahumados/asados). Son hidrocarburos policíclicos cancerígenos y pueden venir también de contaminación del suelo o aire industrial. Es difícil establecer un límite por la persistencia en el organismo.
Acrilamida: Sustancia tóxica que se forma a >150°C (reacción de Maillard) en alimentos como féculas y harinas. Es potencialmente cancerígena (grupo 2A). La dosis diaria admisible es 0.55 mg/kg peso/día. No se acumula porque se biodegrada fácilmente, pero el abuso incrementa el riesgo.

Sistemas de Gestión de la Inocuidad Alimentaria: Prerrequisitos y APPCC

Prerrequisitos: Base de la Higiene Alimentaria

Los prerrequisitos son condiciones básicas que deben cumplirse antes de aplicar el sistema APPCC. Ambos proceden del Codex Alimentarius, que establece la base de la higiene alimentaria. El plan APPCC solo es eficaz si los prerrequisitos están implantados. Existen 10 prerrequisitos fundamentales aplicables a cualquier empresa alimentaria:

Diseño higiénico de locales, instalaciones y equipos.
Mantenimiento.
Limpieza y desinfección.
Plan de aguas de abastecimiento.
Control de plagas.
Plan de control de residuos.
Plan de proveedores.
Plan de formación de manipuladores.
Plan de trazabilidad.
Plan de fabricación y manipulación (relacionado directamente con el APPCC).

Además, pueden incluirse prerrequisitos específicos como residuos químicos, según la actividad de la empresa.

Programa del Plan de Prerrequisitos

Cada prerrequisito debe tener un programa específico que defina qué se hace y cómo se controla. Este documento debe incluir:

Aspecto descriptivo de la empresa: ¿con qué recursos cuenta?
Actividades específicas: ¿qué acciones se van a realizar?
Actividades de comprobación: ¿qué, cómo, dónde, cuándo, quién lo hace y cómo se registran?
Medidas correctoras: qué hacer en caso de fallo, quién lo hace y cuándo.
Registros: documentos donde se recogen los datos, que pueden ser individuales o grupales, incluyendo incidencias y medidas correctoras.
Archivo: debe mantenerse ordenado, actualizado y fácil de manejar.

Sistema APPCC (Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control)

El APPCC se originó en los años 60 por la NASA y fue adoptado por el Codex Alimentarius. Desde 2004 es obligatorio en la UE (Reglamento 852/2004, excepto para el sector primario). Este sistema se basa en 7 principios fundamentales:

Análisis de peligros: identificar todos los peligros que puedan afectar a la inocuidad del alimento.
PCC (Puntos Críticos de Control): determinar en qué puntos del proceso se pueden controlar los peligros.
Límites críticos: valores mínimos o máximos para garantizar el control.
Monitoreo o vigilancia: supervisión regular de los PCC.
Acciones correctoras: qué hacer si se supera un límite.
Verificación: comprobar que el sistema funciona.
Documentación: registrar todo lo anterior para garantizar la inocuidad alimentaria.

Pasos Previos a la Aplicación del APPCC

Antes de aplicar el sistema se deben seguir 5 pasos previos que también deben documentarse:

Formación del equipo APPCC.
Descripción del producto.
Uso previsto y tipo de consumidor.
Diagrama de flujo del proceso.
Verificación in situ del diagrama.

Todo esto debe recogerse en el Plan de Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control, cuya correcta aplicación garantiza la seguridad del producto y el control de peligros.

Cuestionario de Repaso y Ejercicios Prácticos

Test de Conocimientos

Análisis centesimal de un alimento, método Kjeldahl se emplea para la determinación de proteínas ¿pero en qué etapa se obtiene ácido sulfúrico para determinar el N? Digestión.
Medida que no pertenece a los prerrequisitos en la industria alimentaria. Gestión de residuos generados (Nota: La gestión de residuos sí es un prerrequisito, la pregunta podría estar mal formulada o buscar una excepción muy específica).
Factores implicados en las alteraciones, variable más importante por influencia en reacciones químicas y bioquímicas (duplicando la velocidad a la que se producen). Temperatura.
Técnica que trabaja el ángulo de desviación de la sustancia. Polarimetría.
Sustancia con efectos tóxicos sobre desarrollo fetal tiene efecto. Teratogénico.
DL50 estudio de toxicidad. Aguda.
Diagrama de flujo de un alimento ¿Dónde incluirlo?. Sistema APPCC (o Pasos Previos al APPCC).
Análisis centesimal se relaciona con. Calidad nutricional.
Tóxico exógeno al alimento. Benzopirenos.
Técnica instrumental calcula Rf de la sustancia. Cromatografía.
Descripción paso a paso del proceso de fabricación de un alimento en la industria. Diagrama de flujo.
Pardeamiento enzimático en alteración alimentaria. Melaninas.
Grupo animales al que se le adiciona la sustancia tóxica en estudio toxicológico. Experimental.
Sustancia tóxica que pierde toxicidad si respeta el tiempo de metabolización. Antibióticos y hormonas.
Tipo de estudio en que se determina DMA o Dosis Máxima Permitida. Aguda.
Técnica relacionada con el índice de refracción de la luz. Refractometría (La respuesta original ‘Ninguno anterior’ es incorrecta).
Molécula tóxica, ¿qué estudio? De toxicidad.
Técnica óptica que mide % de azúcar. Refractometría (La respuesta original ‘Reflectometría’ es incorrecta).
Efecto carcinógeno de una sustancia en estudio toxicológico. A largo plazo.
Determinación centesimal no gravimétrica. Proteínas.

Ejercicios de Aplicación

Las técnicas instrumentales se basan en propiedades físicas debidas a la composición química de los alimentos. De las explicadas en clase permiten separar los componentes de la muestra la polarimetría y la cromatografía. Y se basan en el uso de la luz polarimetría, espectrofotometría y refractometría. En todas estas técnicas se pueden realizar análisis cualitativos (identificación) y análisis cuantitativos (conocer la cantidad o concentración). Cuando se trabaja con polarimetría, la desviación de la luz polarizada clasifica a las sustancias en dextrógira y levógira, según lo desvíen a la derecha o izquierda respectivamente.
Las alteraciones en un alimento pueden ser físicas o químicas. En nuestro estudio destacamos las segundas para establecer medidas preventivas y evitarlas. Según el agente causal se clasifican en autooxidación, pardeamiento enzimático y pardeamiento no enzimático, dejando el estudio del tercer tipo para el próximo curso ya que son las más frecuentes. Un ejemplo de cada tipo son respectivamente enranciamiento de las grasas, oscurecimiento de las frutas y oscurecimiento de la corteza de pan al hornearse. Indica sustrato, catalizador y producto de las tres alteraciones químicas que conoces:
- Autooxidación: sustrato → lípidos peróxidos, catalizador → O2, productos → aldehídos/cetonas.
- Pardeamiento enzimático: sustrato → compuestos fenólicos, catalizador → enzimas y O2, producto → melaninas.
- Pardeamiento no enzimático: sustrato → azúcar + proteína, catalizador → O2 y calor, producto → melanoidinas.
Los tóxicos pueden ser naturales o químicos según su procedencia. Ejemplos de los primeros son moho y lectinas (corregido de ‘lecitinas’), y ejemplos del segundo tipo benzopirenos y aflatoxinas. La ciencia que estudia los tóxicos en todos sus aspectos es la toxicología. El efecto crónico de un tóxico puede afectar a la información genética (EFECTO mutagénico), desarrollo fetal (EFECTO teratogénico) o al desarrollo celular (EFECTO cancerígeno).
Los prerrequisitos deben cumplirlo todas las industrias alimentarias para asegurar la inocuidad del alimento. Los diez prerrequisitos son:
- Plan de diseño higiénico de locales, instalaciones y equipos.
- Plan de mantenimiento.
- Plan de limpieza y desinfección.
- Plan de aguas de abastecimiento.
- Plan de control de plagas.
- Plan de control de residuos.
- Plan de proveedores.
- Plan de formación de manipuladores.
- Plan de trazabilidad.
- Plan de fabricación y manipulación.
Las siglas APPCC significan Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control y se aplica a cada proceso, presentando siete principios que son:
- Análisis de peligros.
- PCC (Árbol de decisiones).
- Límites críticos.
- Vigilancia/monitorización.
- Medidas correctoras.
- Verificación.
- Documentación.

Aplicación de la Ley de Lambert-Beer en Espectrofotometría

Para resolver este ejercicio, primero represento en la gráfica (papel milimetrado) los datos de concentración de sacarosa (0.3, 0.6, 0.9 y 1.2 M) frente a la absorbancia (0.05, 0.10, 0.15 y 0.20), creando la curva de calibración, que debe ser lineal según la ley de Lambert-Beer. Luego, marco en la misma gráfica (en distinto color) los nuevos datos de absorbancia (0.22, 0.17 y 0.08) para comprobar visualmente si siguen la tendencia. Después, aplico la fórmula A = ε · c · l (donde A es la absorbancia, c la concentración en M, l la longitud del tubo –1 cm– y ε la constante de absorción) para verificar si son correctos. Calculando, obtengo para 1.3 M / 0.22 una ε ≈ 0.17; para 1.0 M / 0.17, ε = 0.17; y para 0.5 M / 0.08, ε ≈ 0.16, confirmando que son coherentes. La ley de Lambert-Beer relaciona la absorbancia de una solución con su concentración y la longitud de la celda, y es fundamental en espectrofotometría porque permite determinar la concentración de sustancias midiendo la absorbancia de la luz; además, establece que la absorbancia es directamente proporcional a la concentración para soluciones claras y homogéneas.