58 empleo de cultivo iniciador para la preservación de

EMPLEO
DE CULTIVO INICIADOR
PARA LA PRESERVACIÓN
DE UN PRODUCTO CÁRNICO FRESCO
Yamira Cepero*, Tatiana Beldarraín, Aster Bruselas, Norma Vergara, Yamilé Moya
y Frank Rodríguez
Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia
Carretera al Guatao km 3½, La Habana, Cuba, C.P. 19 200
RESUMEN
ABSTRACT
El objetivo del presente trabajo fue determinar la durabilidad
de un producto cárnico fresco empleando cultivo iniciador.
Se elaboraron butifarras frescas con y sin cultivo iniciador
que se almacenaron a temperaturas entre 4 y 8 ºC. Se
evaluaron las principales propiedades industriales de 4
cultivos iniciadores para seleccionar el cultivo iniciador. Se
evaluó el proceso de fermentación de la carne a dos niveles
para determinar la dosis de adición del cultivo. Se realizaron
determinaciones físico-químicas, microbiológicas y
sensoriales de los productos. Se seleccionó el cultivo
iniciador Lactobacillus casei a 2 % para su uso como
bioconservador en la butifarra fresca. La durabilidad de la
butifarra fresca a temperaturas entre 4 y 8 ºC empleando
Lactobacillus casei como biopreservante fue de 21 días.
Palabras clave: embutidos, durabilidad, fermentación,
cultivos iniciadores, lactobacillus casei, biopreservativos.
Use of starter culture for the preservation of a
fresh meat product
The objective of the present work was to determine the fresh
meat product shelf-life using a starter culture. Fresh sausages
with and without starter culture were elaborated and stored to
temperatures between 4 and 8 ºC. The major industrial
properties of 4 starter cultures were evaluated to select a starter
culture. The meat fermentation at two levels was evaluated to
determine the addition quantity of starter culture. Physicochemical, microbiological and sensory determinations of
products were carried out. The starter culture Lactobacillus
casei at 2% was selected for its use as biopreservante in the
fresh sausage. The shelf-life of the fresh sausage at
temperatures between 4 and 8 ºC using Lactobacillus casei
like biopreservante was 21 days.
Key words: sausages, shelf life, fermentation, starters,
lactobacillus casei, biopreservatives.
INTRODUCCIÓN
*Y
Betancourt: Ingeniera Química (Instituto Superior
Yamira Cepero Betancourt
Politécnico José Antonio Echeverría, 2000). Investigador Aspirante.
Trabaja en la Planta Piloto de carne. Sus principales líneas de trabajo
son calidad y clasificación de canales; tecnología de sacrificio de res y
cerdos; obtención y utilización de subproductos; evaluación de rendimientos
de cerdo, calamar, pollo y jurel; implementación de producciones más
limpias en la industria cárnica y elaboración de productos cárnicos.
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Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 18, No. 1, 2008
La bioconservación mediante la adición de un licor de
fermentación o cultivos iniciadores es una de las vías
que se han estudiado y desarrollado más ampliamente
con el objetivo de lograr procesos reproducibles y
productos con la calidad deseada y duradera. En general,
las propiedades más importantes que se definen para
estos cultivos son: una elevada actividad acidificante
comprendida en el intervalo de 0,78 y 1,8 % en ácido
láctico y una población elevada entre 106 y 109 UFC/ g
de cultivo iniciador (1,2).
En productos frescos no es común adicionar cultivos
iniciadores porque el gusto resultante podría ser
demasiado ácido. En este sentido hay que considerar
como primer paso seleccionar un cultivo que produzca
poco ácido láctico y que tenga la capacidad antagónica
frente a patógenos alimentarios para que funcione como
un bioprotector o bioconservador en el alimento (2).
Los productos cárnicos frescos poseen una corta vida
de anaquel en refrigeración. Los productores
industriales de nuestro país buscan conservarlos
aplicando otros métodos sin tener que recurrir a la
congelación, porque durante su distribución es imposible
continuar la cadena de frío y debido, además, a las
nuevas tendencias del mercado de consumir alimentos
de forma segura que conserven su aroma natural y
fresco. Por ello, el objetivo del presente trabajo fue
determinar la durabilidad de un producto cárnico fresco
empleando cultivo iniciador.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para seleccionar el cultivo iniciador se evaluaron, a
escala de laboratorio, las principales propiedades
industriales (producción de acidez y población celular)
de 4 cultivos iniciadores: C1 (mezcla de
Staphylococcus carnosus-Leuconostoc pentosus),
C3 (mezcla de Staphylococcus carnosusPediococcus pentasaceus), F4 (mezcla de
Staphylococcus carnosus-Lactobacillus plantarum)
y Lc (Lactobacillus casei).
La producción de acidez se determinó inoculando los
cultivos en frascos Enlenmeyer con 20 mL de caldo
glucosado (OXOID) que se incubaron a 37 ºC. La
acidez se midió a las 0, 24, 48, 72 y 96 h, expresándose
los resultados en porcentaje en ácido láctico (3).
Paralelamente se realizaron mediciones de pH por
potenciometría (4). Se realizaron 3 réplicas por cada
cultivo.
Para determinar la población celular se utilizó el método
de las diluciones en agua peptonada a 0,1 % y siembra
en placa vertida con doble nivel. Se realizaron diluciones
hasta 109 y se empleó el medio agar para conteo en
placas. Las placas se incubaron 3 días a 37 ºC. Los
resultados se expresaron como UFC/mL de cultivo. Se
realizaron 3 réplicas por cada cultivo.
La dosis de adición del cultivo iniciador se determinó
evaluando los dos niveles más utilizados en el proceso
de fermentación de la carne a temperaturas entre 4 y
8 ºC (1,5). Se inoculó el cultivo a 1 y 2 % en frascos
Enlenmeyer que contenían carne de cerdo molida a la
cual se le adicionaron 1,8 % de sal común, 0,25 % de
sal de cura y 1 % de glucosa. Se determinó pH y acidez
al inicio y a los 3 días de incubación (3,4). También se
analizó la población celular del cultivo al inicio del
proceso. Paralelamente se evaluó la carne sin inocular.
Se realizaron 3 réplicas experimentales en cada prueba.
La selección del cultivo iniciador y su dosis de adición
se realizó sobre la base de que debía ser débil
acidificante, es decir, producir valores de pH por encima
de 4 y de acidez entre 0,76 y 0,92 % para que
funcionara como un bioconservador en el producto (5).
Con vistas a conocer el efecto del cultivo seleccionado
en la durabilidad de un producto cárnico fresco, se
elaboró una butifarra fresca empleando el cultivo
iniciador (Lc1) y la formulación patrón (Patrón). La
elaboración de los productos se llevó a cabo en planta
piloto. Se elaboraron 3 lotes diferentes de 10 kg que se
almacenaron a temperaturas entre 4 y 8 ºC con humedad
relativa de 95 ± 4 % para la prueba de almacenamiento.
Se siguió el procedimiento siguiente para el desarrollo
de los productos. Las carnes congeladas, después de
molidas por un disco de 13 mm de diámetro, se
mezclaron con las sales, los condimentos y el cultivo
iniciador durante 10 min. hasta obtener una masa
mezclada homogénea. El cultivo se inoculó con una
concentración de 10 9. Las masas elaboradas se
embutieron en tripa de celulosa de 34 mm logrando
piezas con un peso aproximado entre 75 y 100 g. Las
piezas se colgaron en varillas a razón de 30 piezas por
varilla.
Los productos recién elaborados se caracterizaron
desde el punto de vista físico-químico, microbiológico y
sensorial.
Las determinaciones físico-químicas realizadas fueron:
pH (4), humedad (6), cenizas (7), proteína (8), grasa
(9), cloruro de sodio y nitrito (6). Los análisis
microbiológicos realizados fueron: conteo total de
aerobios mesófilos (CTAM) (agar para conteo en placas,
37 ºC, 48 h), conteo de hongos (CH) y levaduras totales
(CL) (agar extracto de malta con 0,2 % de ácido láctico,
30 ºC, 5 a 7 días), conteo de microorganismos psicrófilos
(CPs) (ACP, 4 a 6 ºC, 7 días) y presencia de Salmonella
(agar cromocen AGN, 37 ºC, 18 a 24 horas). La
evaluación sensorial se realizó con un grupo de jueces
Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 18, No. 1, 2008
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experimentados de 12 miembros donde se analizaron
los atributos de textura, aspecto y sabor mediante una
escala de calidad de 7 puntos (1 pésimo 7 excelente)
de las butifarras que previamente se sumergieron en
agua hirviendo durante 7 a 10 min, se dejaron refrescar
y se frieron en aceite caliente durante 1 a 2 min. Las
muestras se sirvieron a temperatura ambiente
entregándole a cada juez una butifarra identificada.
Para determinar la durabilidad de los productos en
refrigeración, se empleó un diseño parcialmente
escalonado y se tomó como unidad experimental 14
butifarras de cada variante (10). Se aplicó el método
de “aceptación o rechazo” simple acorde al diseño
experimental con un grupo de 12 jueces
experimentados. Si los jueces marcaban la muestra
como rechazable debían indicar en qué consistía el
deterioro apreciado, para poder tener conocimiento de
la vía de deterioro que se manifestaba.
Paralelamente las variantes fueron analizadas mediante
determinaciones analíticas según el diseño
experimental: pH, CTAM y CPs.
Los resultados obtenidos en las evaluaciones
sensoriales se procesaron como “datos incompletos de
fracaso” por el método de ploteo de riesgos, admitiendo
5 % de unidades deterioradas (11). Para determinar la
durabilidad se tomó como criterio de fracaso la
coincidencia en este dictamen con el número mínimo
significativo de jueces dado por una distribución binomial
con p=0,01 y se seleccionó el límite inferior para
aumentar el margen de seguridad.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La Tabla 1 muestra los resultados obtenidos en las
evaluaciones realizadas para seleccionar el cultivo
iniciador. Se observó un rápido descenso del pH en todas
las cepas. Esta caída puede estar determinada
fundamentalmente por la interacción entre el ácido
láctico formado a partir de los carbohidratos de la
glucosa añadida (12). Como puede apreciarse en la
tabla todas las cepas alcanzaron valores de pH finales
por encima de 4, donde los de las cepas Lc y C3 fueron
los más bajos logrados.
Los resultados del valor de pH concordaron con los
valores de acidez alcanzados en las cepas aunque solo
L. casei (Lc) alcanzó un valor dentro del rango
recomendado para la utilización de cultivos iniciadores
como bioconservadores.
En relación a la viabilidad, se puede afirmar que el
proceso de cultivo y concentración practicado fue eficaz
debido a que al ser inoculados se alcanzaron valores
finales entre 107 y 108 UFC/mL, esta población celular
garantiza un proceso de fermentación adecuado en la
carne (1).
Tabla 1. Principales propiedades industriales de los cultivos iniciadores evaluados
t=0
C.I.
pH
Ac.
6,9
0,2
C1
(0,01)
(0,01)
6,9
0,2
C3
(0,01)
(0,01)
6,9
0,2
F4
(0,01)
(0,01)
6,9
0,2
Lc
(0,01)
(0,01)
C.I.: cultivo iniciador
( ): Desviación estándar
60
t=24 h
t=48 h
t=72 h
pH
Ac.
pH
Ac.
pH
Ac.
4,23
0,65
4,33
0,60
4,16
0,70
(0,32)
(0,01) (0,18) (0,01)
(0,02)
(0,06)
4,05
0,66
3,99
0,75
4,05
0,60
(0,01)
(0,01) (0,01) (0,01)
(0,01)
(0,01)
4,10
0,67
3,99
0,70
4,00
0,59
(0,01)
(0,01) (0,01) (0,01)
(0,01)
(0,06)
4,16
0,60
4,38
0,66
4,18
0,76
(0,08)
(0,06) (0,06) (0,06)
(0,03)
(0,06)
Ac.: Acidez expresada en porcentaje de ácido láctico
Lc: Lactobacillus casei.
Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 18, No. 1, 2008
t=96 h
pH
4,39
(0,1)
4,00
(0,01)
4,03
(0,06)
4,00
(0,01)
Ac.
0,56
(0,12)
0,57
(0,05)
0,60
(0,03)
0,65
(0,06)
Viabilidad
(UFC/mL)
1,01 x 108
9,97 x 10
7
1,83 x 10
8
2,23 x 10
8
Todas las cepas presentaron propiedades industriales
propias de cultivos débiles acidificantes, sin embargo
se seleccionó la Lc para su uso en el producto fresco
como bioconservador, porque además de que alcanzó
un valor de pH final por encima de 4 y su producción
de acidez fue la única que se acercó al rango
recomendado para la inhibición de microorganismos
indeseables, se conoce que, esta cepa no es lipolítica,
lo que favorece que no se liberen determinadas
sustancias en el producto que provocan afectaciones
en su calidad organoléptica (12). También tiene una
mayor capacidad de desarrollo a altas concentraciones
de sales en comparación con las otras cepas (13).
La Tabla 2 presenta que en el proceso de fermentación
de la carne se evidenció que la dosis de adición más
efectiva es a 2 %, este resultado concordó con los
informados por otros autores en la literatura especializada
(1,5,12-14).
En el medio cárnico, la cepa en ambas dosis de adición
mostró un descenso de pH rápido y por encima de 4.
No obstante, con la mayor dosis empleada se logró el
pH final más bajo, esto es lógico porque el aumento de
la cantidad de cultivo iniciador en el medio facilitará
que compita con la flora espontánea presente en la
carne.
Similares resultados se obtuvieron en la producción de
acidez. En este caso los valores concordaron con los
establecidos por la literatura especializada lo que puede
estar asociado a la presencia de carbohidratos en la
carne que favorecieron el proceso de fermentación (5).
Tal afirmación es válida si se toma en consideración
que la glucosa se añade al medio con el objetivo de
proporcionarle al cultivo iniciador un azúcar fácilmente
fermentable para que pueda comenzar su rápida
multiplicación (12).
En el medio cárnico, el proceso de cultivo y concentración
practicado también fue bueno debido a que se
alcanzaron valores de viabilidad del cultivo iniciador
según los recomendados.
Las Tablas 3, 4 y 5 muestran los resultados de la
caracterización de las butifarras al inicio del estudio de
conservación. Como expresa la Tabla 3, los valores de
pH están en el rango permitido para este tipo de
producto (15).
Los valores de proteína y grasa obtenidos en las
butifarras permiten afirmar que se logró una buena
estandarización de la materia prima cárnica utilizada
en cada lote, lo que proporcionó que presentaran
parámetros nutricionales de proteína y grasa
característicos de este tipo de producto. En cuanto al
contenido de humedad, cloruro, cenizas y nitritos,
también se encontraron dentro de las especificaciones
para productos crudos frescos.
Tabla 2. Valores de pH, acidez y viabilidad del cultivo iniciador (log10 UFC/g) en el medio cárnico
Carne sin inocular
Lc a 1%
Lc a 2%
( ): Desviación estándar
Lc: Lactobacillus casei.
pH
5,7 (0,01)
5,7 (0,01)
5,7 (0,01)
t= 0
Acidez (%)
0,5 (0,25)
0,5 (0,25)
0,5 (0,25)
Viabilidad
7,95
8,12
t= 3 días
pH
Acidez (%)
6,15 (0,03)
0,92 (0,07)
5,20 (0,03)
0,87 (0,01)
5,06 (0,02)
0,96 (0,07)
Tabla 3. Valores medios de la caracterización físico-química de los productos al inicio
del experimento
Grasa
Proteína
(%)
(%)
Patrón
6,16 9,7 (0.5)
17,5 (0,5)
Lc
6,00 9,3 (0,05) 15,0 (0,3)
( ): Desviación estándar.
Variante
pH
Cenizas
(%)
2,3 (0,1)
2,3 (0,4)
Humedad
(%)
68,0 (2,4)
68,5 (2,5)
Cloruros
(%)
1,9 (0,2)
2,3 (0,2)
Nitritos
(%)
111,2 (2,2)
71,1 (3,6)
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La Tabla 4 refleja que los conteos microbiológicos
obtenidos para las variantes al inicio del estudio, están
dentro de los límites permisibles, independientemente
de los valores iniciales de pH obtenidos.
También se observó que los productos se encontraron
exentos del microorganismo patógeno Salmonella.
Todos estos resultados indican que las butifarras
tuvieron una buena calidad microbiológica.
Asimismo, desde el punto de vista sensorial, las
butifarras al inicio del experimento presentaron buena
calidad donde la calificación de los atributos aspecto,
textura y sabor oscilaron entre bueno y muy bueno (5,9
a 6,3) (Tabla 5).
En cuanto a los resultados obtenidos en las pruebas de
aceptación-rechazo en la conservación, para el patrón,
los jueces comenzaron a rechazar los productos por la
aparición de un sabor ácido atípico, olor ácido y rancio
en algunos casos, lo que pudo deberse a la acción de
bacterias ácido-lácticas así como a la oxidación de las
grasas de la carne de tercera. En el caso del producto
con cultivo, los jueces rechazaron el aspecto debido a
untuosidad, olor ácido y cambio de coloración del
producto.
La prueba de bondad de ajuste de KolmogorovSmirnov indicó que en todos los casos la distribución
probabilística de los tiempos de fallos puede ser descrita
por la ley de Weibull. La Tabla 6 indica las variantes
estudiadas de durabilidades de butifarra fresca tomando
el límite inferior para un percentil de 5 %.
Tabla 4. Valores medios de los resultados microbiológicos del producto terminado al inicio
del experimento (log10 UFC/g)
Variante
CTAM
CL
CH
CPs
Patrón
3,88
2,28
1.00
4,30
Lc
5,82
3,3
1,00
3,90
CTAM: conteo total de aerobios mesófilos
CH: conteo de hongos
CL: conteo de levaduras totales
CPs: conteo de microorganismos psicrófilos.
Salmonella
Neg. 25g
Neg. 25 g
Tabla 5. Resultados de la evaluación sensorial de los productos al inicio del estudio
Variante
Patrón
Lc
Aspecto
6,0
5,9
Textura
6,0
6,0
Sabor
6,3
5,9
Tabla 6. Tiempo de durabilidad (días). Valores del percentil 5 % para las butifarras frescas (n=3)
Variante
Patrón
Lc
62
Valor Medio (días)
6,4
23,1
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Límite Inferior (días)
4,7
21,7
Límite Superior (días)
8,6
24,6
El pH inicial de los productos estuvo por encima del
óptimo, debido a su valor en las materias primas cárnicas
empleadas, sin embargo, esto no impidió el normal
descenso del mismo durante el estudio de conservación.
La Fig. 1 muestra los cambios ocurridos de pH de las
variantes estudiadas.
En el patrón la acidificación como resultado de la caída
de pH ocurrió con mayor celeridad que en la variante
con cultivo. En esta última la curva de pH mostró un
decrecimiento paulatino en el tiempo. Los valores
iniciales descendieron desde 6,0 hasta 5,9 en los
primeros 5 días, esto puede estar relacionado con el
consumo de sustrato por el cultivo iniciador y bajas
concentraciones de ácido láctico; continuó descendiendo
progresivamente hasta alcanzar un valor mínimo de 5,3.
Este período final está en correspondencia directa con
un mayor incremento en la producción de ácido láctico.
Este resultado corrobora que se trabajó con un cultivo
débil acidificante y que se adaptó satisfactoriamente
en la masa del embutido. Se observó un efecto del
cultivo iniciador como biopreservante al presentar un
mejor comportamiento.
La Fig. 2 muestra los valores medios del logaritmo de
los conteos totales de microorganismos aerobios
mesófilos. Como se puede observar los conteos
microbianos aumentan con respecto al tiempo en el caso
de las dos variantes, sin embargo, este comportamiento
es marcado en el patrón donde el crecimiento de
microorganismos alcanza la fase aceleración en un
intervalo menor de tiempo, lo que podría deberse a que
en esta variante no se utilizó ningún método de
conservación drástico y por lo tanto es más susceptible
al ataque microbiano.
La Fig. 3 muestra el promedio del logaritmo de los
recuentos totales de microorganismos psicrófilos. En
el patrón, el crecimiento siempre va en aumento y con
una pendiente cercana a 1; mientras que en Lc2 se
puede observar la presencia del factor de inhibición
con un crecimiento más lento.
6,40
6,00
pH
Patrón
Lc
5,60
5,20
0
5
10
15
20
25
30
35
Tiempo (días)
Fig 1. Variaciones del pH durante el estudio de conservación de la butifarra fresca.
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63
7,00
Prom. log UFC/g
6,00
Patrón
Lc
5,00
4,00
3,00
0
10
20
30
Tiempo (días)
Fig. 2. Valores medios de los conteos totales de microorganismos aerobios mesófilos obtenidos durante
el estudio de conservación de la butifarra fresca.
7,00
Prom. log UFC/g
6,00
5,00
Patrón
Lc
4,00
3,00
0
10
20
30
Tiempo (días)
Fig. 3. Valores medios de los conteos de microorganismos psicrófilos obtenidos durante el estudio
de conservación de la butifarra fresca.
64
Ciencia y Tecnología de Alimentos Vol. 18, No. 1, 2008
CONCLUSIONES
Se seleccionó el cultivo iniciador Lactobacillus casei
a 2 % para su uso como bioconservador en la butifarra
fresca. La durabilidad de la butifarra fresca a
temperaturas entre 4 y 8 ºC empleando Lactobacillus
casei como biopreservante fue de 21 días.
REFERENCIAS
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elaboración de embutidos. Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia, La Habana, Monografía TI-32-95,
1995.
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3. NC 79-06. Método Morh. Determinación de acidez, 1981.
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10. Gacula, M. y Kubala, J. J. Food Sci. 40: 404, 1975.
11. Cantillo, J.; Fernández, C. y Núñez de Villavicencio, M. Durabilidad de los Alimentos. Métodos de estimación. Instituto
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13. Beldarraín, T.; Cepero, Y.; Bruselas, A.; Santos, R. y Moya, Y. Evaluación de cepas lácticas como cultivo iniciador en
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