Factores que Influyen en el Crecimiento microbiano de los alimentos Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez EP. Ingeniería de Industrias Alimentarias Contenido a. Introducción b. Conceptos generales c. Características. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 2 I. Introducción a. Concepto Son Aquellos que pueden promover el buen crecimiento bacteriano a la inversa haciendo que estos se inhiban o dejen de producir ciertos metabolitos. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 3 II. Factores Intrínsecos 2.1. Concepto Dependen del alimento (expresión de las propiedades físicas y de la composición química del propio alimento, así como algunas propiedades biológicas del mismo) a. Nutrientes b. pH c. Potencial redox y oxígeno d. Actividad de agua e. Constituyentes antimicrobianos f. Estructura biológica Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 4 II. Factores Intrínsecos a. Nutrientes Requerimientos nutricionales -(microorganismo) Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 5 II. Factores Intrínsecos a. Nutrientes Requerimientos nutricionales -(microorganismo) Las carnes son ricas en proteínas, lípidos, minerales y vitaminas pero pobres en carbohidratos La leche y alimentos preparados tienen los 5 grupos de nutrientes en cantidades suficientes para el crecimiento microbiano Las frutas y verduras son ricas en carbohidratos pero pueden ser pobres en proteínas, minerales y algunas vitaminas Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 6 II. Factores Intrínsecos a. Nutrientes Degradación del sustrato - (enzimas del microorganismo) Ejm. • Proteasas • Celulasas • Pectinasas • Lipasa • Amilasas Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 7 II. Factores Intrínsecos a. Nutrientes Y otros como: < Tº crecimiento > exigencia nutricional Los azúcares, alcoholes y aminoácidos presentes en los alimentos, también son utilizados por losmicroorganismos como fuentes deenergía. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 8 II. Factores Intrínsecos b. pH • En el estado natural la mayoría de los alimentos como carnes, pescados y productos vegetales son ligeramente ácidos • la mayoría de las frutas son bastante ácidas • alimentos alcalinos, como la clara de huevo. • El pH determina la supervivencia y crecimiento de los microorganismos durante el procesamiento, almacenamiento y distribución. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 9 II. Factores Intrínsecos b. pH b.1. Efecto del pH sobre microorganismos patógenos • Algunas bacterias Gram negativas patógenos Como las salmonelas, pueden controlarse utilizando pHs inferiores a 4,0. • Para inhibir coliformes se necesitan además de los pHs inferiores y • bajas temperaturas. • Las especies del género Vibrio , se inhiben completamente a pH 4,5 á 5,0, al igual que Clostridium botulinum, por lo que este último no crece en encurtidos que llevan ácido acético al 0,9-1,8 %. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 10 II. Factores Intrínsecos b. pH b.1. Efecto del pH sobre microorganismos patógenos • En cuanto a S. aureus , la producción de toxina puede ser inhibida mediante el uso de distintas combinaciones de sal y pH. Es posible su crecimiento a pH 4,5 si la concentración de Cl Na está entre 8 y 10% y a pH 6,0 en presencia de 16% de Cl Na. • Entre otros patógenos, Bacillus cereus, no desarrolla en alimentos enlatados a pH inferior a 5,0.Sin embargo los productos a base de carne y arroz resultan ser menos inhibidores por lo que permiten su crecimiento a pH 4,3. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 11 II. Factores Intrínsecos b. pH b.2. pH y su capacidad Tampón Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 12 II. Factores Intrínsecos b. pH b.2. pH y su capacidad Tampón • En alimentos de bajo pH : frutas, encurtidos y salmueras no se multiplican las bacterias que son sensibles a la acidez Ejm: Clostridium botulinum no crece a pH < a 4,5 • pH alcalinos - < crecimiento microbiano. • Ejm. Clara de huevo después de puesta +/- pH 9. Crecimiento de patógenos entéricos cesa pH > 10 Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 13 II. Factores Intrínsecos c. Potencial Oxido – Reducción Los procesos de oxidación y reducción (potencial REDOX) se definen en términos de migraciones electrónicas entre compuestos químicos. • Oxidación: pérdida de electrones. • Reducción: ganancia de electrones. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 14 II. Factores Intrínsecos c. Potencial Oxido – Reducción En base a este concepto se estudian cuantitativamente los procesos de oxidación- reducción reversibles que son vitales para las células vivas. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 15 II. Factores Intrínsecos c. Potencial Oxido – Reducción • El potencial Redox indica las relaciones de oxígeno de los organismos vivos. • Los microorganismos aerobios necesitan para crecer valores Redox positivos (oxidados). • Los anaerobios frecuentemente requieren valores Redox negativos (reducidos). Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 16 II. Factores Intrínsecos c. Potencial Oxido – Reducción b.1. Efectos de Potencial Redox sobre algunos alimentos • La caída del potencial O/R durante el almacenamiento de los alimentos se atribuye a la liberación de H2 gaseoso y de metabolitos reducidos por las enzimas del alimento o microorganismos en crecimiento activo. • Dicha caída frecuentemente coincide con el comienzo de la fase logarítmica de crecimiento de los microorganismos en la que la intensidad de las actividades metabólicas es máxima. • Cuando el acceso de oxígeno es limitado ocurre la fermentación y puede impartirse cambios de aroma al alimento antes de que se altere. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 17 II. Factores Intrínsecos c. Potencial Oxido – Reducción b.2. Empleo Del Potencial REDOX.• La caída del potencial O/R durante el almacenamiento de los alimentos se Para incrementar la capacidad tampón de un producto y en cierta manera incrementar su vida útil. • Manteniendo el potencial Redox dentro de los límites aceptables suele utilizarse aditivos tales como el nitrito ( oxidante) o el ácido ascórbico (reductor). • En las carnes los compuestos químicos que contienen grupos sulfuro mantienen las condiciones reductoras, mientras que en las frutas, hortalizas y verduras, el ácido ascórbico y los azúcares tienen el mismo Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 18 II. Factores Intrínsecos d. Actividad de agua (aw) Es la relación entre la presión de agua del alimento (P) y del agua pura (Po)a la misma temperatura donde : P = Presión de vapor de agua del alimento Po = Pº de vapor de agua pura a la misma temperatura • Agua pura aw = 1.0 • Alimento totalmente deshidratado aw = 0 aw HR Equilibrio de la atmósfera próxima al alimento (0 - 100%) Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 19 II. Factores Intrínsecos d. Actividad de agua (aw) d.1. Intervalos de aw limitantes del Microorganismos Salmonella Pediococcus S a c c h a r o m y ce s Mucor Rhizopus Staphylococcus aureus Penicillum Aspergillus Zigosaccharomyces rouxii Eurotium Xeromyces Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez aw 0,97 - 0,98 0,90 - 0,94 0,88 - 0,93 0,86 0,79 - 0,86 0,65 - 0,84 0,62 - 0,74 20 II. Factores Intrínsecos d. Actividad de agua (aw) d.1. Intervalos de aw limitantes del SOLUTOS ACUMULADOS POR LOS MICROORGANISMOS EN RESPUESTAA aw REDUCIDA Microorganismos Escherichia coli Salmonella typhimurium Enterococcus faecalis Staphylococcus aureus Zigosaccharomyces rouxii Mucor hiemalis Xeromyces bisporus Aspergillus chevalieri aw 0,95 0,95 0,94 0,85 0,65 0,90 - 0,75 0,61 - 0,75 0,61 - 0,75 Solutos acumulados Glicinobetaina, prolina Glicinobetaina, prolina - Aminobutirato, prolina Glutamina, prolina Glicerol Sacarosa, prolina Glicerol Sorbitol, glicerol Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 21 II. Factores Intrínsecos e. CONSTITUYENTES NATURALES ANTIMICROBIANOS e.1. Mecanismos implicados • Inhibición de la biosíntesis de ácidos nucleicos, de proteínas o de la pared celular. • Daño a la integridad de las membranas. • Interferencia con una gran variedad de procesos metabólicos esenciales. •Consecuentemente, algunos compuestos antimicrobianos pueden ser directamente microbicidas, mientras que otros actúan como microbiostáticos, generalmente este último mecanismo también acarrea la muerte celular, excepto en el caso de las bacterias esporuladas. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 22 II. Factores Intrínsecos e. CONSTITUYENTES NATURALES ANTIMICROBIANOS e.1. Mecanismos implicados • • • • • • • • Tanto en los alimentos de origen vegetal como en los de origen animal existen sustancias antimicrobianas . En los vegetales se trata de aceites esenciales como: -eugenol del clavo de olor, -aldehído ciánico y eugenol de la canela, alicina en el ajo, eugenol y timol en la salvia, isotiocianato de alilo en la mostaza, Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 23 II. Factores Intrínsecos e. CONSTITUYENTES NATURALES ANTIMICROBIANOS e.1. Mecanismos implicados • el calvacrol (isotimol) y el timol en el orégano. • los derivados del ácido hidroxicinámico que se encuentran en las frutas, hortalizas, en el té, en la melaza y en otras fuentes vegetales. • Aunque también otros compuestos no volátiles tales como los taninos, glucósidos y glicoproteínas, ejercen una actividad antimicrobiana. • En los alimentos de origen animal manifiestan este efecto las inmunoproteínas. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 24 II. Factores Intrínsecos e. CONSTITUYENTES NATURALES ANTIMICROBIANOS e.1. Mecanismos implicados • el calvacrol (isotimol) y el timol en el orégano. • los derivados del ácido hidroxicinámico que se encuentran en las frutas, hortalizas, en el té, en la melaza y en otras fuentes vegetales. • Aunque también otros compuestos no volátiles tales como los taninos, glucósidos y glicoproteínas, ejercen una actividad antimicrobiana. • En los alimentos de origen animal manifiestan este efecto las inmunoproteínas. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 25 II. Factores Intrínsecos e. CONSTITUYENTES NATURALES ANTIMICROBIANOS e.1. Mecanismos implicados Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 26 II. Factores Intrínsecos f. Estructuras Biológicas • La envoltura natural de los alimentos proporciona una • excelente protección. • La cubierta de las semillas (testácea) y la cutícula de los órganos vegetales, tegumento externo de las frutas y cáscara de las frutas. La edad o grado de maduración de frutas y vegetales influencian la eficacia de estas barreras mecánicas protectoras. • La cáscara externa y membranas del huevo, si permanecen íntegras, evitan la entrada de casi todos los microorganismos. • La piel que recubre el pescado y carnes tales como la del vacuno y el cerdo impide la contaminación y alteración de estos alimentos. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 27 II. Factores Intrínsecos f. Estructuras Biológicas • Las carcasas (canales enteras) presentan el tejido muscular cubierto de fascias protectoras y las miofibrillas incluidas en el sarcolema o membrana de la célula o fibra muscular. • Los microorganismos alterantes más importantes de la carne refrigerada son los bacilos gramnegativos psicrotróficos. • Una vez que la pieza entera ha sido dividida en dos mitades, las medias canales en cuartos y éstos en piezas de carnicería de diverso tamaño, y a su vez éstas eventualmente en carne picada, desaparece la protección frente a gérmenes. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 28 II. Factores Intrínsecos f. Estructuras Biológicas • Una estructura biológica adecuada debe poseer receptores a los que los microorganismos puedan adsorberse. • La colonización localizada llega producir • alteraciones organolépticas detectables, • Además de las estructuras naturales de los alimentos, se tienen las estructuras artificiales debidas a los procesos tecnológicos que pueden también modificar las formas de alteración de los alimentos. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 29 III. Factores Extrínsecos 3.1. Concepto Son aquellos que dependen del entorno que rodea al alimento entre estas se pueden mencionar los siguientes. a. Temperatura de conservación. b. Presión del vapor de agua durante el almacenamiento c. Presencia y concentración de gases en el ambiente. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 30 III. Factores Extrínsecos a. Temperatura de conservación. • El crecimiento microbiano es posible entre – 10 y 80oC (para algunos autores –34 y 90oC) por supuesto que ninguno de ellos se multiplica en todo este intervalo de temperatura, cada microorganismos tiene una temperatura de crecimiento mínima, óptima y máxima. • Los microorganismos sobreviven a temperaturas inferiores a la mínima de crecimiento. Los efectos letales de la refrigeración y la congelación, dependen de: • -Germen considerado, del microambiente, de las condiciones de tiempo y temperatura de almacenamiento. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 31 III. Factores Extrínsecos a. Temperatura de conservación. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 32 III. Factores Extrínsecos a. Temperatura de conservación. Teniendo en cuenta las temperaturas de crecimiento microbiano, se pueden establecerse las categorías de microorganismos alterantes de los alimentos, como sigue: Tipo Temperatura Temperatura Temperatura Mínima Optima Máxima Psicrófilos -15 10-15 18-20 Psicrotrofos -5 20-30 35-40 5-10 30-37 alrededor 45 Termotrofos 15 42-46 50 Termófilos 25-42 50-80 60-85 Mesófilos Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 33 III. Factores Extrínsecos a. Temperatura de conservación. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 34 III. Factores Extrínsecos b. Presión del vapor de agua durante el almacenamiento Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 35 III. Factores Extrínsecos b. Presión del vapor de agua durante el almacenamiento Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 36 III. Factores Extrínsecos b. Presión del vapor de agua durante el almacenamiento HUMEDAD RELATIVA Y TEMPERATURA DE ALMACENAMIENTO OPTIMO PARAALIMENTOS CRUDOS P PRODUCTO Da Damasco Pl Plátano Fr Fréjol, pimiento, col, lechuga Za Zanahoria TEMPERATURA (0c) HUMEDAD RELATIVA (%) -0.5 – 0 85-90 11,7-15,6 85-90 7,2 85-90 0 90-95 Li Limón 12,8-14,4 85-90 Me Melón 4.4-10 80-85 Un Nueces 0-2,2 65-70 Ce Cebolla 0 70-75 To Tomate 4,4-10 85-90 Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 37 III. Factores Extrínsecos c. Presencia y concentración de gases en el ambiente. c.1. Influencia del Oxígeno.La mayoría de los alimentos naturales son relativamente ricos en sustancias que mantienen el equilibrio bajo del potencial REDOX natural tales como péptidos y aminoácidos (azúcares reductores y ácido ascórbico) por ello se establece una relación entre la presión parcial de oxígeno (p O2) y el potencial REDOX, ejemplo el desarrollo de Bacillus mesentericus en el interior del pan produce la alteración denominada "viscosidad" debido a que los procesos de cocción del pan destruyen el sistema natural de equilibrio del potencial REDOX de la harina, de tal forma que la difusión del oxígeno en el pan determina una elevación considerable del potencial REDOX. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 38 III. Factores Extrínsecos c. Presencia y concentración de gases en el ambiente. c.1. Influencia del Oxígeno.Por el contrario en el caso de la carne fresca el predominio en su interior de las condiciones de potencial REDOX reducido es determinante de su alteración por gérmenes anaerobios, ya que no habiendo sido sometida a ningún tipo de tratamiento, retiene una gran parte de su capacidad natural de equilibrio del potencial REDOX. Cuando se trata de alimentos envasados al vacío, cuando existe pequeñas cantidades de aire en un sistema anaerobio puede ser suficiente para estimular el desarrollo de especies anaerobias. . Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 39 Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 40
