El agua tiene diferentes usos en las plantas de acondicionamiento y procesado mínimo de la industria de alimentos vegetales frescos, ya que se utiliza para transportar el producto entre zonas en la planta, para enfriar el producto a través del contacto directo con agua fría, y para eliminar la suciedad de campo en la superficie del mismo (véase figura 1) (véase Whitaker, Key Learnings from CPS Wash Water Symposium [En línea]). Esta industria tiene una alta demanda de agua y genera grandes cantidades de aguas residuales o de vertido (Manzocco et al., 2015, p. 286; Ölmez y Kretzschmar, 2009, p. 686). Para poder reducir esta gran demanda de agua, se necesitan estrategias que, al mantener su calidad química y microbiológica, permitan su reutilización (Casani, Rouhany y Knøchel, 2005, p. 1134; Gil, Selma, López-Gálvez y Allende, 2009, p. 37). La información existente sobre el papel del agua de lavado con respecto a las enfermedades transmitidas por los alimentos es escasa, y el impacto del agua como ingrediente en el producto alimenticio fabricado ha sido ignorado (Mena, 2006, p. 95). Recientemente la calidad del agua se está reconociendo como un aspecto importante que afecta directamente a la inocuidad de los alimentos durante la producción y el procesado, particularmente para productos vegetales que se consumen sin tratamiento térmico previo (Gil et al., 2009, p. 37; Gombas et al., 2017, p. 312). La calidad del agua es aún más crítica en la industria de IV Gama, en la que todos los productos se lavan después del corte para eliminar los exudados del producto cortado (USFDA, 2001). El proceso de corte expone tejido que normalmente está protegido por barreras de defensa naturales como la cutícula y la epidermis, por ejemplo, y el agua que entra en contacto directo con el tejido interno de los alimentos vegetales.

En cuanto al marco legislativo, en la Unión Europea debe usarse agua potable para el lavado final de los alimentos vegetales frescos listos para el consumo, mientras que puede usarse agua limpia para las etapas iniciales de lavado (véase Reglamento (CE) n° 852/2004 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 29 de abril de 2004, relativo a la higiene de los productos alimenticios, p. 1; Nota de la Comision sobre la Guía para combatir los riesgos microbiológicos en frutas y hortalizas frescas en la producción primaria mediante una buena higiene, p. 1). El agua potable sería el agua que cumple los requisitos mínimos establecidos en la Directiva 98/83/CE del Consejo de 3 de noviembre de 1998 relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano (véase Directiva 98/83/CE del Consejo de 3 de noviembre de 1998 relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano, p. 32). Por otro lado, el agua limpia sería agua natural, artificial o purificada que no contenga microorganismos ni sustancias nocivas en cantidades que puedan afectar directa o indirectamente a la calidad sanitaria de los productos alimenticios (véase Reglamento (CE) n° 852/2004 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 29 de abril de 2004, relativo a la higiene de los productos alimenticios, p. 1). Con el fin de reducir la demanda de agua, en Bélgica la Agencia Federal para la Seguridad de la Cadena Alimentaria permite el uso de agua limpia o reciclada durante las etapas iniciales de lavado de frutas y hortalizas (Holvoet, Jacxsens, Sampers y Uyttendaele, 2012, p. 671).

Existen numerosos estudios que han puesto de manifiesto la importancia del uso de agentes antimicrobianos en el agua de lavado para prevenir la contaminación cruzada (Gombas et al., 2017, p. 312). La Comisión Europea contempla la utilización de agentes antimicrobianos en el agua de proceso como una de las estrategias que se pueden usar para mantener la calidad del agua y evitar la contaminación cruzada (véase Nota de la Comision sobre la Guía para combatir los riesgos microbiológicos en frutas y hortalizas frescas en la producción primaria mediante una buena higiene, p. 1). Sin embargo, la eficacia de estos tratamientos antimicrobianos puede verse afectada por varios factores, principalmente la suciedad proveniente del campo de cultivo (polvo, tierra, etc.) y el contenido en materia orgánica (restos vegetales y exudados del corte o de zonas dañadas del producto) (López-Gálvez et al., 2009, p. 167). Hasta ahora, el cloro ha sido el desinfectante de elección en la industria hortofrutícola. Sin embargo, su asociación a subproductos de desinfección tales como trihalometanos y clorato han impulsado la búsqueda de alternativas a su uso.

Las investigaciones llevadas a cabo en productos vegetales frescos han demostrado que el uso de agua de lavado contaminada con microorganismos patógenos ha contribuido a la aparición de brotes de toxiinfecciones alimentarias (Gombas et al., 2017, p. 312). Por lo tanto, un agua de lavado de mala calidad es uno de los factores de riesgo que afecta directamente a la seguridad de las frutas y hortalizas, incluyendo los productos de IV Gama. La principal función de los agentes antimicrobianos usados durante el lavado es evitar la transferencia de microorganismos patógenos entre producto contaminado y producto no contaminado a través del agua de lavado (Gil et al., 2009, p. 37).

El agua de lavado de frutas y hortalizas presenta altas concentraciones de materia orgánica, incluidos exudados del producto vegetal y microorganismos. Las características del agua cambian constantemente durante el lavado de frutas y hortalizas (López-Gálvez, Tudela, Allende y Gil, 2019, p. 211; Selma et al., 2008a, p. 286) debido a una serie de causas entre las que se incluyen:

Durante el lavado el tanque se rellena constantemente con agua para incorporar la que se pierde en la superficie del producto. Sin embargo, esta renovación parcial del agua de lavado no es suficiente para evitar la acumulación de materia orgánica, incluyendo la flora microbiana de la superficie del vegetal. Las características físico-químicas del agua de lavado juegan un papel muy importante en la eficacia del tratamiento antimicrobiano aplicado. Diferentes estudios han demostrado que la presencia de una elevada concentración de materia orgánica en el agua de lavado dificulta la inactivación de los microorganismos (véase figura 2) (López-Gálvez et al., 2012, p. 146; Van Haute et al., 2015, p. 102).

Asociada al uso de agentes antimicrobianos se encuentra la acumulación de subproductos de desinfección en el agua de lavado y en el tejido vegetal, que constituyen un riesgo para la salud del consumidor (Gil, Marín, Andujar y Allende, 2016, p. 416). Los subproductos de desinfección mejor conocidos son aquellos derivados del uso de agentes antimicrobianos basados en el cloro, como los trihalometanos (THMs) y los ácidos haloacéticos (HAAs), como compuestos orgánicos, y el clorato como subproducto inorgánico. En concreto, la presencia de altas concentraciones de clorato en los alimentos vegetales está causando grandes pérdidas a las empresas productoras, ya que existen límites máximos autorizados por la Unión Europea, por encima de los cuales estos productos son rechazados (Gil et al., 2016, p. 416). En un estudio llevado a cabo en Alemania, se detectó clorato en diferentes tipos de frutas y hortalizas en concentraciones muy superiores al límite máximo residual (LMR) establecido por la Legislación Europea en 0,01 mg/kg (Kaufmann-Horlacher, Scherbaum, Stroher-Kolberg y Wildgrube, 2014). De las 1.087 muestras de alimentos vegetales frescos analizadas, un 24,5% (266) presentaban residuos de clorato en una concentración superior a la permitida. En dicho estudio, el uso de agentes antimicrobianos basados en el cloro en el lavado de frutas y hortalizas, fue señalado como una de las posibles causas de los niveles de clorato detectados. El panel de expertos en contaminantes de la European Food Safety Authority (EFSA) analizó los resultados de 6.359 análisis de clorato en muestras de frutas y hortalizas realizados en toda la Unión Europea (EFSA, 2015, p. 4135). En un 22% de dichas muestras se detectaron niveles de cloratos por encima del límite de detección. En base a dichos resultados se pudo concluir que utilizando las prácticas agronómicas y de procesado habituales, se alcanzan concentraciones de clorato por encima de los niveles autorizados en muchos productos vegetales. Por ello, la EFSA a través de cada estado miembro está recopilando datos sobre los niveles encontrados antes de regular el LMR especifico de cada producto.

Para reducir el riesgo de contaminación cruzada por microorganismos patógenos y la presencia de subproductos de desinfección se deben fijar los límites operacionales respecto a la concentración de desinfectante y seleccionar aquellos parámetros críticos de la etapa de lavado que deben medirse para llevar a cabo una monitorización y control adecuada de la desinfección. Diversos estudios han evaluado diferentes tecnologías alternativas al uso de agentes antimicrobianos químicos para el tratamiento del agua de lavado de frutas y hortalizas, como por ejemplo el uso combinado de ultrasonidos y luz ultravioleta. Sin embargo, el tratamiento con agentes químicos sigue siendo el tipo de tratamiento más utilizado. El sistema de control debe permitir mantener una concentración de agente antimicrobiano lo suficientemente baja para evitar la contaminación cruzada, y lo suficientemente alta para evitar la acumulación de subproductos de desinfección.

Las plantas en las que se realiza el lavado de frutas y hortalizas generan grandes volúmenes de aguas residuales que contienen elevados niveles de materia orgánica, así como microorganismos y contaminantes químicos (Manzocco et al., 2015, p. 286; Ölmez y Kretzschmar, 2009, p. 686). Se han realizado grandes esfuerzos en el desarrollo de estrategias para reducir el volumen de agua residual con la recuperación de gran parte de su volumen para volver a utilizarlo en el proceso de lavado.

Las tecnologías para el tratamiento del agua que se pueden aplicar directamente en el tanque de lavado y las que se pueden aplicar fuera de la línea son diferentes. Esto se debe a que en el tanque de lavado existe un contacto directo con el producto. Si se lleva a cabo un tratamiento adecuado fuera de la línea, el agua se puede introducir de nuevo en el sistema para ser reutilizada otra vez en el lavado de producto (Gómez-López, Gil, Allende, Vanhee y Selma, 2015, p. 29; Van Haute et al., 2015, p. 102). Sin embargo, el tratamiento del agua de proceso fuera de la línea para su reutilización no es frecuente, ya que estas tecnologías son muy costosas y de difícil mantenimiento, por lo que se debe justificar su empleo para poder implementarlas. Entre las razones que justificarían su uso estarían, por ejemplo, un alto coste de los vertidos, una escasez de agua, o el que los vertidos sean muy contaminantes como por ejemplo aquellos con un gran contenido de materia orgánica que deben ser tratados antes de ser vertidos. En el caso del tratamiento de agua fuera de la línea para poder ser reutilizada, la velocidad de inactivación de los microorganismos no es un parámetro tan crucial, ya que los tiempos de contacto pueden ser más largos. En este caso, a la hora de calcular la dosis de los desinfectantes químicos, no hay que tener en cuenta el daño en el producto, pero se deben usar concentraciones mínimas efectivas para evitar la generación excesiva de subproductos de desinfección. Las tecnologías de filtrado que permiten reducir la materia orgánica y los restos vegetales pueden ayudar a que los desinfectantes sean más eficaces. Asimismo, mediante floculación, coagulación y eliminación por centrifugación para posteriormente pasar a través de sistemas de filtración por ósmosis inversa y tratamiento UV, se puede obtener un agua con una calidad microbiológica de agua limpia para poder ser de nuevo empleada en la planta de procesado. La empresa Simply Clean Technologies. (https://simplycleantechnologies.com/technology/) ha creado soluciones de este tipo para las aguas de proceso de vegetales frescos. La tecnología de Simply Clean Technologies permite el lavado de los productos vegetales usando duchas con agua tratada recirculada (Bornhorst et al., 2018, p. 124). Este sistema tiene una serie de ventajas sobre el sistema más común de inmersión en tanques de lavado. Al no haber inmersión de producto en la misma agua, es difícil la contaminación cruzada a través del agua. Además, el agua usada para rociar el producto se recoge y se trata fuera de la línea antes de volver a utilizarse con el fin de evitar riesgos microbiológicos y químicos (véase figura 3). Con ello, a diferencia de lo que ocurre en la reutilización directa en el tanque de lavado, se evita el deterioro de la calidad del agua de lavado que entra en contacto con el producto (p. ej., la cantidad de materia orgánica en el agua de lavado se mantiene estable).

La desinfección es la eliminación o inactivación de microorganismos patógenos mediante métodos físicos (por ejemplo, luz UV, ultrasonidos, filtración) o químicos (por ejemplo, cloro, ozono). Existe información sobre multitud de tecnologías de desinfección aplicadas en vegetales frescos a escala de laboratorio. Sin embargo, en muchos casos, la eficacia durante el lavado industrial de vegetales no ha sido verificada. Para evitar la contaminación cruzada, la velocidad de inactivación de los microorganismos (por ejemplo, ufc/mL·min) por parte del sistema de desinfección usado es el parámetro que hay que tener en cuenta. Cuanto mayor sea esta velocidad, más seguro es que se inactivarán los microorganismos patógenos antes de poder transferirse al producto no contaminado. Para un desinfectante químico, habría que calcular la concentración necesaria que debe mantenerse en el agua para que la inactivación se produzca de forma casi instantánea. La distribución homogénea del desinfectante en el tanque de lavado también es importante, para evitar que haya zonas donde la concentración del desinfectante sea inferior a la necesaria. Además, el desinfectante no debe causar deterioro de la calidad del producto.

Los desinfectantes con potencial aplicación para el agua de lavado de frutas y hortalizas a escala industrial han ido poco a poco evolucionando fundamentalmente en lo que respecta a las concentraciones efectivas y a los parámetros de medida y control. El cloro, principalmente en forma de hipoclorito de sodio (NaClO), es el desinfectante más común en el lavado de frutas y hortalizas (Fu, Li, Awad, Zhou y Liu, 2018, p. 2012). Este agente es utilizado en el agua de los tanques de lavado, en los canales de descarga y transporte del producto y en las duchas en las plantas hortofrutícolas. Tanto si se utiliza el hipoclorito de sodio como si se usa otra fuente de cloro (por ejemplo, hipoclorito de calcio o cloro gas), al añadirlo al agua se forma ácido hipocloroso (HClO) más el ion hipoclorito (ClO^-) y cloro molecular (Cl₂), la suma de todos ellos es el cloro libre. Independientemente de la concentración de cloro inicial y de la carga orgánica presentes en el agua de lavado, el parámetro clave que determina la capacidad de inactivación de microorganismos es la concentración de cloro libre residual. El agente más activo desde el punto de vista antimicrobiano es el ácido hipocloroso. La relación entre la concentración de HClO y de ClO^- va a depender en gran parte del pH, alcanzándose la máxima concentración de ácido hipocloroso en el intervalo de pH entre 5,0 y 6,5. El cloro reacciona con compuestos nitrogenados orgánicos presentes en las aguas de lavado (por ejemplo, aminoácidos y proteínas). Estos compuestos reducen la cantidad de cloro libre y forman cloraminas orgánicas, que tienen poco o ningún efecto antimicrobiano. En muchas ocasiones, las empresas usan dosis de cloro innecesariamente altas (hipercloración), manteniendo concentraciones residuales de cloro libre superiores a 100 mg/L. Para evitar la hipercloración, sería necesario que, para cada aplicación (definida por factores como el tipo de producto, el flujo de producto o el diseño de la etapa de lavado), se llevara a cabo la optimización de forma que se empleen concentraciones mínimas. El principal factor que puede hacer bajar la concentración de cloro libre por debajo de los niveles deseados es la acumulación de materia orgánica disuelta en el agua de lavado. En el caso del lavado de hortalizas de hoja se ha propuesto una concentración residual de cloro libre de 2-10 mg/L a un pH adecuado (5,0-6,5) como la mínima necesaria para mantener bajos niveles de microorganismos en el agua de lavado (Gómez-López, Lannoo, Gil y Allende, 2014, p. 132; Luo et al., 2011, p. 352; Munther y Wu, 2013, p. 28). Para evitar que debido a picos en la demanda de cloro haya momentos en que no quede suficiente cloro libre en el agua, se deberían utilizar concentraciones en la zona alta de dicho intervalo (10 mg/L). Se debe medir el nivel de desinfectante de forma rigurosa y con regularidad. En la actualidad, la industria hortofrutícola todavía tiene un amplio margen de mejora en cuanto a la monitorización de la concentración de desinfectantes para asegurar una acción antimicrobiana eficaz y minimizar la presencia de subproductos de desinfección (López-Gálvez et al., 2019, p. 211). Empresas punteras como Smartwash Solutions^TM han desarrollado un sistema que permite controlar de manera precisa la concentración de cloro libre residual y el pH del agua de lavado, lo que permite ajustar la concentración de cloro al mínimo necesario para evitar la contaminación cruzada. Otras empresas como Palintest comercializan los equipos para la monitorización de la concentración de cloro libre y de cloro total por medio de sensores electroquímicos (véase figura 4), lo que ayuda a calibrar y confirmar el correcto funcionamiento de los sensores on line para asegurar la calidad del agua y evitar la contaminación cruzada.

El agua electrolizada es una tecnología de desinfección basada en el cloro con una serie de ventajas sobre otros derivados clorados. Para su producción solo se necesita NaCl y agua por lo que, tras la inversión inicial, el gasto que conlleva es en electricidad (Hricova, Stephan y Zweifel, 2008, p. 1934). Su eficacia es mayor que la del hipoclorito de sodio a igual concentración de cloro libre (Abadias, Usall, Oliveira, Alegre, Viñas, 2008, p. 151). Además, al producirse in situ, la solución desinfectante no se almacena por largos periodos de tiempo, lo que reduce la formación de clorato. Por desgracia, los resultados que respalden su eficacia para el agua de lavado durante el procesado a escala industrial de vegetales son escasos. Hay que tener en cuenta que, al ser una tecnología de desinfección basada en el cloro, la presencia de materia orgánica afecta a la eficacia de la desinfección, y durante su uso también se forman y acumulan subproductos de desinfección clorados.

El dióxido de cloro (ClO₂) es otro desinfectante con alta capacidad de inactivación de microorganismos, aunque los mecanismos de desinfección y de formación de subproductos son distintos a los del ácido hipocloroso. Entre sus ventajas está el hecho de que no da lugar a la formación de trihalometanos en sus reacciones con la materia orgánica (López-Gálvez et al., 2010, p. 53). Otra ventaja es su efectividad en un amplio rango de pH (entre 5 y 9). Sin embargo, el uso del dióxido de cloro como desinfectante da lugar a la acumulación de subproductos de desinfección inorgánicos como clorito, clorato, y perclorato (véase Chlorine and its oxides: Chlorate and perchlorate review [En línea]).

El ácido peroxiacético (PAA) también es un desinfectante efectivo para el tratamiento del agua de lavado. Entre sus ventajas respecto al cloro están el menor impacto que tiene la presencia de materia orgánica en su eficacia. Además, la mayoría de los subproductos derivados de su uso son inofensivos ya que deja como principales residuos ácido acético, agua y oxígeno (Kitis, 2004, p. 47). Sin embargo, su velocidad de inactivación de microorganismos es inferior a la del cloro (Van Haute et al., 2015, p. 102). El PAA comercial es una mezcla de PAA, ácido acético y peróxido de hidrógeno, aunque la actividad antimicrobiana se debe principalmente al PAA. El control del pH no es tan crucial como en el caso del cloro, aunque su eficacia aumenta a pH más ácidos (Van Haute et al., 2015, p. 102). Entre sus desventajas estaría su elevado coste en comparación con otros desinfectantes como los hipocloritos de sodio y de calcio.

La radiación ultravioleta (UV) también se puede usar para el tratamiento del agua de lavado de alimentos vegetales (Selma, Allende, López-Gálvez, Conesa y Gil, 2008b, p. 809). Sin embargo, su acción antimicrobiana se ve afectada por la turbidez del agua, el color y la presencia de partículas. Además, su acción no tiene efecto residual en el agua. Para asegurar su eficacia, son importantes las pautas para la instalación y el uso de los equipos de radiación UV. Su uso combinado con sistemas de filtración puede evitar el efecto de la turbidez y mejorar el proceso de desinfección del agua de proceso.

El lavado de las frutas y hortalizas frescas y mínimamente procesadas que realiza la industria hortofrutícola genera un gran volumen de aguas de proceso las cuales presentan un alto contenido en materia orgánica, y en las que hay una acumulación de microorganismos y de subproductos de desinfección. Con el objetivo de sostenibilidad para reducir la demanda de agua y la generación de un gran volumen de agua residual, una de las estrategias que se pueden aplicar es la reutilización del agua de lavado. Sin embargo, cuando se lleva a cabo la reutilización del agua, la entrada de producto contaminado con microorganismos patógenos en el agua de lavado supone un riesgo de amplificación de la contaminación por transferencia de microorganismos a otros lotes. Si no se lleva a cabo un tratamiento antimicrobiano eficaz, se puede producir contaminación cruzada entre lotes de producto contaminados y lotes no contaminados. Por otro lado, si se utilizan los desinfectantes en dosis excesivas, se puede generar un riesgo químico por la formación y acumulación de subproductos. Uno de los parámetros que más afectan a la calidad del agua de lavado de alimentos vegetales es la concentración de materia orgánica. Este parámetro afecta a la eficacia de los desinfectantes y a la formación y acumulación de subproductos de desinfección. Se deben establecer los límites operaciones entre los cuales debe regularse la concentración del desinfectante, así como seleccionar aquellos parámetros críticos que permitan el seguimiento y control del proceso de desinfección del agua de lavado de vegetales frescos. Se ha de realizar una monitorización y un control del proceso integral para que la concentración del desinfectante y las características fisicoquímicas del agua se encuentren siempre dentro de los límites operacionales que permitan evitar los riesgos microbiológicos y químicos asociados a la calidad del agua de lavado de vegetales frescos.