Nuevas Técnicas para Disminuir Esporas y Formas Vegetativas de

Damelli, R. B.; Fortunato, I.; Funes Altamirano, J.; Manzur, E. R. y Segovia, R. F.: Nuevas Técnicas para Disminuir Esporas y
Formas Vegetativas de Mo en Mieles Previo a su Fraccionamiento
Nuevas Técnicas para Disminuir Esporas y Formas
Vegetativas de Mo en Mieles Previo a su
Fraccionamiento
Damelli, Raquel B.; Fortunato, Inés; Funes Altamirano, José;
Manzur, Elías R. y Segovia, Rodolfo F.
Universidad Católica de Cuyo
New Techniques to Diminish Esporas and Vegetative
Forms of Previous Mo in Honeys to its Division
Abstrac
The heat use is one of the techniques traditionally used in the nourishing
industry, to obtain free or low products in microorganisms, but not always
the well-known methods are applicable. In the case of the honeys, them
usually it is pasteurised, but the heat is not sufficient to eliminate esporas
and other resistant forms, and to temperatures and classic times of
sterilization, it takes place a deterioration of his organoleptic
characteristics, therapeutic properties, bactericidal, protein denaturation
and vitamins, affecting his nutritious and nutraceútico value. Present
pasteurisation does not eliminate esporas of Botulinum Clostridium, for
that reason the honey is not recommended for babies and young minors of
3 years, because its bacterial immunological system is not developed and
esporas germinates in their digestive apparatus, producing toxins. This is
not thus in adult then already have its immunity developed with the
exception of inmunodeprimidos. Although there are studies that use
extreme high temperatures and times of few seconds or fractions of them,
to eliminate, still esporas, also ionizing radiations, gamma radiations and
UV have been analyzed, and others in search of maintaining nutraceúticas
innocuity and properties, have not been obtained results adapted to the
industrial production. Our hypothesis would be to use sinérgicos methods
that they include physical, chemical agents and physico-chemical, who
acting by different mechanisms to each other, harness the antimicrobial
action without denaturing the honeys. Among them they can be ozone,
with UAT, short wave, UV, supercentrifugalization, etc., of application that
must be investigated, and in sequence feasible to reduce times of
application, of each, not to alter the properties of the honeys. nutritional,
medicinal and sensorial. Of this form the honey could be used like food in
minors of three depressed years and inmuno. A theoretical analysis
becomes of different agents and the use of sinérgicos effects is based on
conclusions.
Key Words: lethal honey, sterilization, synergy, agents.
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Resumen
La utilización de calor es una de las técnicas tradicionalmente utilizada en
la industria alimentaria, para obtener productos libres o bajos en
microorganismos, pero no siempre son aplicables los métodos conocidos.
En el caso de las mieles, se las suele pasteurizar, pero el calor no es
suficiente para eliminar esporas y otras formas resistentes, y a
temperaturas y tiempos de esterilización clásicos, se produce un deterioro
de sus características organolépticas, propiedades terapéuticas,
bactericidas, desnaturalización de proteínas y vitaminas, afectando su
valor nutritivo y nutraceútico. La pasteurización actual no elimina las
esporas de Clostridium Botulinum, por ello la miel no es recomendada para
bebés y niños menores de 3 años, pues su sistema inmunológico no está
desarrollado y las esporas bacterianas germinan en su aparato digestivo,
produciendo toxinas. Esto no es así en adultos pues ya tienen su
inmunidad desarrollada a excepción de inmunodeprimidos.
Si bien hay estudios que utilizan ultra altas temperaturas y tiempos de
pocos segundos o fracciones de ellos, para eliminar, aún esporas, también
se han analizado radiaciones ionizantes, radiaciones gamma y UV, y otros
en busca de mantener inocuidad y propiedades nutraceúticas, no se han
logrado resultados adecuados a la producción industrial.
Nuestra hipótesis sería utilizar métodos sinérgicos que incluyen agentes
físicos, químicos y fisicoquímicos, que actuando por mecanismos
diferentes entre sí, potencien la acción antimicrobiana sin desnaturalizar
las mieles. Entre ellos pueden estar ozono, con UAT, con onda corta, con
UV, supercentrifugación, etc., en orden de aplicación
que deben
investigarse, y factibles de reducir tiempos de aplicación, de cada uno,
para no alterar las propiedades de las mieles. nutricional, medicinal y
sensoriales. De esta forma la miel podría ser utilizada como alimento en
menores de tres años e inmuno deprimidos. Se hace un análisis teórico de
diferentes agentes y se fundamenta el uso de efectos sinérgicos en
conclusiones.
Palabras Clave: Miel; Esterilización; Sinergia; Agentes Letales.
Introducción
Las propiedades alimenticias de las mieles y sus atractivos sensoriales, para
los seres humanos y para muchos animales se pierden en la noche de los
tiempos, en la actualidad se han admitido, con fundadas bases científicas, sus
importantes caracteres nutraceúticos. Siempre se consideró la conveniencia de
incluirla en la alimentación de los niños, aún de bebés, pero la existencia de
muchos accidentes tóxicos e infecciones en ellos (1) la circunscribieron como
su origen.
La industria alimentaria ha tenido un gran desarrollo en los últimos años,
particularmente en relación a la calidad y a sus propiedades nutraceúticas.
Tal es así, que se necesitan nuevos métodos de producción y control en la
obtención de productos alimentarios, entre ellos
las mieles. El referirse a
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éstas en plural, se está indicando la existencia de diferencias entre ellas, aún
en la miel de abejas, por ejemplo uniflorales y poliflorales, que es una
sofisticación sensorial y puede que también nutraceútica. Queda la necesidad
de
eliminar
los
riesgos
mencionados,
debidos
a
ciertas
poblaciones
microbianas contaminantes, originadas en las operaciones de extracción de
los panales y conexas.
La utilización de calor es una de las técnicas tradicionalmente utilizada en la
industria
alimentaria,
para
obtener
productos
libres
o
bajos
en
microorganismos, pero no siempre son aplicables los métodos conocidos.
En el caso de las mieles, se las suele pasteurizar, pero el calor no es suficiente
para eliminar esporas y otras formas resistentes, y a temperaturas y tiempos
de esterilización clásicos, se produce un deterioro de sus características
organolépticas, propiedades terapéuticas, bactericidas (4), desnaturalización
de proteínas y vitaminas, afectando su valor nutritivo y nutraceútico. Así un
excesivo calentamiento genera: a) aparición de hidroximetilfurfural, uno de los
compuestos formados por la degradación de los productos azucarados, que
está directamente relacionado con alteraciones de color y
desarrollo de
sabores y olores extraños, esta relación hace que sea uno de los parámetros de
calidad más empleados en las
mieles, indicando que estas son de baja
calidad, viejas, excesivamente calentadas o adulteradas, b) disminución de las
actividades enzimáticas y por lo tanto, bajos niveles de diastasa (amilasa)
que es un parámetro indicativo del grado de frescura, envejecimiento o
sobrecalentamiento, siendo por consiguiente también otro factor de calidad.
En los mercados de las mieles, bajos niveles de diastasa pueden ser
indicativos de adulteración o manejo incorrecto (algunos países cuestionan la
validez de éste parámetro como factor de calidad, debido a su variabilidad en
mieles frescas de orígenes florales diferentes).
La pasteurización actual no elimina las esporas de Clostridium Botulinum, por
ello la miel no es recomendada para bebés y niños menores de 3 años (1), pues
su sistema inmunológico no está desarrollado y las esporas bacterianas
germinan en su aparato digestivo produciendo
adultos
que
tienen
su
inmunidad
toxinas. Esto no es así en
desarrollada
y
que
no
tengan
inmunodeficiencias.
Si bien hay estudios que utilizan ultra altas temperaturas (8) y tiempos de
pocos segundos o fracciones de ellos, para eliminar, aún esporas, también se
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han
analizado
radiaciones
ionizantes
(3),
radiaciones
gamma
(10)
y
ultravioletas cercano y lejano (UV) (2), y otros (6) (9) en busca de mantener
inocuidad y propiedades nutraceúticas, no se han logrado resultados
adecuados a la producción industrial.
El objetivo general del presente trabajo es disminuir la carga microbiana en
mieles. (5)
Los objetivos específicos son: a) desarrollar estudios teóricos de sistemas
sinérgicos aplicables a mieles (se desarrolla en esta presentación), b) eliminar
formas vegetativas y esporas de Bacillus stearotermophlilus (microorganismo
de referencia), c)
prolongar la conservación de las mieles, d) diseñar un
proceso de eliminación de microorganismos peligrosos compatibles con
producción industrial.(7)
Nuestra hipótesis es utilizar métodos sinérgicos que pueden incluir agentes
físicos, químicos y fisicoquímicos, que al actuar por mecanismos diferentes
entre sí, potencian la acción antimicrobiana sin desnaturalizar calidad en las
mieles. Entre ellos pueden estar ozono (11), con UAT, con onda corta, con UV
(cercano y lejano), supercentrifugación, etc., en orden de aplicación que deben
investigarse, y factibles de reducir cada tiempo de aplicación, de cada uno,
para no alterar las propiedades de las mieles. nutricional, medicinal y
sensoriales. De esta forma la miel podría ser utilizada como alimento para
menores de tres años e inmuno deprimidos.
Sustento Teórico
Se encuadra dentro de los métodos de esterilización físicos, químicos y
fisicoquímicos
tradicionales
(aunque
algunos
de
estos
no
se
usan
industrialmente), pero aplicados en forma sinérgica (estrategia muy usada con
antibióticos, en medicina, para evitar la aparición de microorganismos
resistentes) es decir, dada una determinada letalidad para un agente, si otro
agente antiséptico tiene un mecanismo de acción diferente al primero, la
letalidad que ambos ejercen simultáneamente, crece en forma exponencial y
esto se profundizaría con
“sobrevivencia”
un tercer agente, con lo que se logra una
infinitesimalmente pequeña o la disminución del tiempo de
acción de cada agente a niveles que no afecten los caracteres de las mieles,
sensoriales, bioquímicos,
químicos, fisicoquímicos y físicos en forma
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detectables y haciendo el proceso compatible con la productividad industrial y
económica. No obstante, debemos aclarar, que aunque no son de interés en
este trabajo, en la naturaleza, son comunes acciones sinérgicas positivas, que
protegen la supervivencia y ayudan a proliferaciones de seres vivos, por
ejemplo las infecciones por Stafilococcus aureaus son apoyadas sinérgicamente
por Pseudomonas aeruginosa.
Desarrollo
Desarrollo de la Teoría propuesta:
Como vimos en la esterilización de la miel, y otros alimentos, debemos tener
en cuenta dos conjuntos de reacciones, por un lado aquellas que conducen a
la muerte de los microorganismos y aquellas que destruyen moléculas o
estructuras moleculares de interés en el alimento. Ambas tienen velocidades
específicas que les son propias, que dependen de su naturaleza y del agente
esterilizante involucrado, que en principio
pudieran ser representadas por
una ecuación de primer orden, como la siguiente
- d (M)/dt = k (M)
donde (M) = concentración de microorganismo ó de la molécula considerada, si
está saturada en agente de degradación, caso más frecuente (en caso contrario
sería orden cero, porque superarían la concentración del agente).
Las propiedades sensoriales, nutritivas y nutraceúticas están ligadas a pocas
sustancias moleculares y aún individuales que tienen limitada interacciones
entre ellas, respecto a las numerosísimas biomoléculas de un organismo vivo
con fuertes interacciones metabólicas. Esto significa que la acción de un
agente
degradante
para
uno
o
más
grupos
moleculares,
con
bajas
interacciones simples y cruzadas, se manifestará con poca o ninguna
modificación de la velocidad específica (k) de destrucción, o sea, que
k
permanecerá constante para cada especie molecular, a temperatura constante,
una vez alcanzado su valor máximo ó de saturación, independientemente del
efecto en otras moléculas y de la intensidad con que aplique el agente (por ej.
su concentración). En cambio las fuertes interacciones metabólicas en un
organismo vivo, frente al mismo agente degradante, aumenta decididamente
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las velocidades específicas (k) de muerte, por encima de una proporcionalidad
simple, como la mostrada en la ecuación anterior.
Debido a la multiplicidad especies microbianas que pueden contaminar un
alimento, se toma como referencia aquella especie que además tenga la forma
(esporos) de mayor resistencia. Por el contrario, en relación a moléculas
simples y estructuras moleculares, de interés en el alimento, se toman como
referencias las más sensibles. Como ejemplo y por su importancia en este
trabajo, consideremos la esterilización térmica. En esta, la velocidad de
muerte microbiana o degradación molecular:
- dN/dt = k N
donde N es número de microorganismos por unidad de volumen o
concentración de moléculas sensibles y k las velocidades específicas,
respectivas, de muerte y destrucción de moléculas, que son fuertemente
influidas por la temperatura. Una ecuación de primer orden puede expresar lo
mismo para biomoléculas de interés.
La ecuación de Arrhenius es una expresión matemática que nos ayuda a
comprobar la dependencia de las velocidades específicas (o cinética) con la
temperatura a la que se lleva a cabo el proceso, de acuerdo con la expresión:
k(T) = A. e-Ea/RT
donde:
k(T): constante cinética (dependiente de la temperatura) hora-1
A: factor de frecuencia (adimensional)
Ea: energía de activación (cal/mol)
R: constante universal de los gases (1,987 cal·K-1·mol-1)
T: temperatura absoluta [°K]
Esta ecuación puede ser reescrita como:
La representación gráfica de ln (k) en función de 1/T es una línea recta
porque:
Ln (k) = cte. – α (1/T)
donde: cte.= ln(A) , termino independiente y α = Ea/R , pendiente de la recta,
La representación gráfica para el caso de microorganismos y moléculas
sensibles es la siguiente:
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ln k
a
α = Ea/RT
b
1 /T
Fig.1 donde: a) recta correspondiente a muerte microbiana; b) destrucción moléculas
Los microorganismos tienen una energía de activación Ea (en realidad de
desactivación) muy grande, que para los esporos de Bacillus stearotermophillus
es de 65000-85000 cal /mol., mientras la energía de activación (desactivación)
de triptofano, glutamina, asparagina y vitaminas hidrosolubles como tiamina,
riboflavina y piridoxina, esta entre 10.000 y 30.000 cal/mol, a pesar de ser las
más susceptibles de sufrir destrucción.
Lo analizado hasta ahora se visualiza con relativa simplicidad y se pueden
aplicar desarrollos parecidos para el caso de otros agentes físicos como: onda
corta, ultrasonido, radiaciones ionizantes, UV cercano y lejano, etc... También
es fácil de entender, aunque más difícil de aplicar, la ultracentrifugación y la
microfiltración, puesto que los microorganismos serían más densos o de
mayor tamaño que cualquier molécula de interés en la miel, porque la alta
viscosidad de la misma y su relativamente alta densidad, con el agregado,
todavía no resuelto, eficientemente, del taponamiento de las membranas de
microfiltración (0,1 μ) y la perdida de carga ocasionada por la viscosidad.
Para el caso de agentes químicos se reducen fuertemente las posibilidades de
encontrar aquellos que sean inocuos, que no dejen efectos residuales que
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cambien caracteres sensoriales, nutritivos y nutraceúticos. Sin embargo, se
puede pensar en algunos, que por ser volátiles, de vida media corta, o luego de
su acción se transformen en componentes normales de las mieles. Como
ejemplo podemos pensar en ozono, peroxido de hidrogeno, o sistemas
enzimáticos como algunos utilizados para agua, leche y vinos que dan origen a
oxigeno
naciente,
que
luego
de
oxidar,
produce
agua
y
destruye
fundamentalmente a microorganismos catalasa negativo.
Con agentes químicos, a diferencia de la esterilización por calor, lo que
debemos considerar es cual es la probabilidad de inactivación de moléculas
específicas
que
nos
interesa
conservar
frente
a
la
inactivación
de
microorganismos. No es difícil concluir que dado que la viabilidad de un
microorganismo depende de muchas biomoléculas que pueden ser inactivadas
por el agente químico y que tienen fuertes interacciones metabólicas, la
probabilidad de la muerte de los microorganismos se presenta con una
proporción que puede llegar a ser exponencialmente mayor que la inactivación
de relativamente
pequeñas
moléculas de nuestro interés, nutritivo y
nutraceútico, al modificar simultáneamente muchas rutas metabólicas,
obligar a elevados consumos energéticos, no disponibles para reparaciones, y
formación de eventuales sustancias tóxicas.
De las acciones individuales anteriormente analizadas, podemos pasar a los
efectos
sinérgicos.
En
este
caso,
la
acción
de
dos
o
más
agentes
antimicrobianos, físicos, fisicoquímicos y químicos se combinan para actuar
exponencialmente en la muerte de los microorganismos por actuar en puntos
muy diversos del metabolismo y por lo tanto, con mayores dificultades de
autorreparación, mientras que la acción sobre moléculas individuales de
interés responde solo a la suma de los efectos resultantes de cada agente.
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Conclusiones
Del análisis teórico presentado, podemos concluir que es muy probable que la
acción de dos agentes letales usados simultáneamente o secuencialmente,
pueden
dar
origen
a
una
relativamente
estéril,
con
pequeñísima
concentración, por debajo de los niveles de seguridad de microorganismos
perniciosos, aunque cada agente haya sido aplicado en intensidades muy por
debajo
de
sus
acciones
microbiocidas,
pero
efectos
resultantes
acentuados y con muy escasa perdida los caracteres buscados
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mas
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