Factores Que Influyen en El Crecimiento Microbiano en Alimentos
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06/12/2011
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FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CRECIMIENTO Y SUPERVIVENCIA DE LOS MICROORGANISMOS
EN LOS ALIMENTOS
María Marcela Martínez Miranda
M.Sc. Microbiología
Dpto. de Ingeniería de Alimentos
Universidad de Caldas
Crecimiento microbiano en alimentos
La habilidad de los microorganismos para crecer o multiplicarse en un alimento esta determinada por:
1. El ambiente del alimento (factores intrínsecos)
2. El ambiente en el que el alimento es almacenado (factores extrínsecos)Marcela Martínez M.Sc.
Factores intrínsecos
• Nutrientes
• pH
• Potencial redox y oxígeno
• Actividad de agua
• Constituyentes antimicrobianos
• Estructura biológica
Marcela Martínez M.Sc.
Factores extrínsecos
• Temperatura
• Humedad relativa del
ambiente
• Presencia y concentración
de gases atmosféricos
• Presencia y actividades de
otros microorganismos
Marcela Martínez M.Sc.
Factores intrínsecosDISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES
Nutrientes para la síntesis
Productos químicos, luz (fuente de energía)
Productos de desecho (productos de fermentación; ácidos CO2, etc; aceptores de electrones reducidos)
Macromoléculas y otros componentes
Anabolismo(biosíntesis)
Catabolismo
Energía para biosíntesis Energía para
la movilidad, transporte de nutrientes, etc.
Marcela Martínez M.Sc.
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Contenido de nutrientes (1)
Las carnes son ricas en proteínas, lípidos, minerales y vitaminas pero pobres en carbohidratos
Las frutas y verduras son ricas en carbohidratos pero pueden ser pobres en proteínas, minerales y algunas vitaminas
La leche y alimentos preparados tienen los 5 grupos de nutrientes en cantidades suficientes para el crecimiento microbiano
Marcela Martínez M.Sc.
Los microorganismos presentes en alimentos varían ampliamente en su requerimiento de nutrientes, siendo las bacterias las que requieren más nutrientes, seguidas por las levaduras y los mohos.
BACTERIAS
MOHOSLEVADURAS
Marcela Martínez M.Sc.
CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS
Monosacáridos
Hexosas: glucosa, fructosa, manosa, galactosaPentosas: xilosa, arabinosa, ribosa, ribulosa, xilulosa
Disacáridos
LactosaSucrosaMaltosa
Oligosacáridos
RafinosaEstaquiosa
Polisacáridos
Almidón Glucógeno CelulosaInulinaHemicelulosaDextranosPectinasGomas y mucilagosMarcela Martínez M.Sc.
Carbohidratos en alimentos
Marcela Martínez M.Sc.
Utilización de carbohidratos por los microorganismos
Todos los microorganismos normalmente presentes en los alimentos metabolizan la glucosa
Los mohos son, la mayoría, capaces de usar polisacáridosMarcela Martínez M.Sc.
Proteínas en alimentos
• Proteínas simples– Albumina (huevo)
– Globulinas (leche)
– Glutelinias (cereal)
– Prolaminas (granos)
– Colágenos (músculos)
• Proteínas conjugadas
• Péptidos
• Compuestos nitrogenados no proteicos (aminoácidos, urea, amonio, creatinina)
Marcela Martínez M.Sc.
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Lípidos en alimentos
Marcela Martínez M.Sc.
Lípidos en alimentos
• Son sustratos menos preferidos por los m.o. para la síntesis de energía y material celular.
• Muchos m.o. pueden producir lipasas y oxidasas lipídicas extracelulares.
– Los mohos son más capaces de producir estas enzimas.
– Pseudomonas, Achromobacter y Alcaligenes
• La acción de estas enzimas está asociada con alteración (rancidez) o con la producción de sabores deseables (quesos madurados con mohos).
• Cepas de Lactobacillus acidophilus, pueden metabolizar colesterol.
Marcela Martínez M.Sc.
Vitaminas en alimentos
Marcela Martínez M.Sc.
Minerales en alimentos
Marcela Martínez M.Sc.
FACTORES DE CRECIMIENTO E INHIBIDORES EN ALIMENTOS
El tomate contiene
factores de crecimiento
que estimulan el
crecimiento de
Lactobacillus
El huevo contiene lizosima
que es un inhibidor
microbiano naturalLa leche contiene
aglutinina que es
un inhibidor
microbiano natural
Marcela Martínez M.Sc.
Constituyentes antimicrobianos• Algunas especies de plantas contienen aceites
esenciales que poseen actividad antimicrobiana:
– Eugenol clavos
– Alicina ajo
– Aldehído y eugenol canela
– Acil-isociocinato mostaza
– Eugenol y timol salvia
– Carvacrol (isotimol) y timol orégano
• La leche de vaca contiene sustancias antimicrobianas: lactoferrina, conglutinina, y el sistema lactoperoxidasa. Marcela Martínez M.Sc.
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Estructuras biológicas
Marcela Martínez M.Sc.
Actividad de agua en alimentos
Marcela Martínez M.Sc.
Actividad de agua
• La disponibilidad de agua depende
– contenido de agua del ambiente (hábitat húmedo o seco)
– concentración de solutos en el agua
• La disponibilidad de agua se expresa como actividad de agua
(aw
• Sus valores varían entre 0 y 1
Marcela Martínez M.Sc.
Presión osmótica
• Plasmolisis: cuando una célula se introduce en una solución
de con baja actividad de agua, tal como una disolución de sal
o de azúcar, pierde agua.
Marcela Martínez M.Sc.
Presión osmótica
Turgencia: fenómeno por el cual las células al absorber agua, se hinchan, ejerciendo presión contra las membranas celulares, las cuales se ponen tensas.
Marcela Martínez M.Sc.
Aw de alimentos
Alimentos AwCereales, galletas, azúcar, sal, leche en polvo 0,10 a 0,20
Miel, chocolate, huevo seco < 0.60
Mermelada, jalea, frutos secos, queso parmesano, nueces
0,60 a 0,85
Embutidos fermentados, carnes curadas secas, leche condensada azucarada, jarabe de arce
0,85 a 0,93
Leche evaporada, pasta de tomate, pan, jugos de frutas, pescado salado, embutidos, queso procesado
0,9 a 0,98
Carnes frescas, pescado, frutas, vegetales, leche, huevos
0,98 a 0,99
Marcela Martínez M.Sc.
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Efectos de la Aw sobre el crecimiento de los microorganismos
• Influye en la multiplicación de los microorganismos.
• En su actividad metabolica.
• En su resistencia y supervivencia.
Marcela Martínez M.Sc.
Actividad de agua y crecimiento microbiano
GRUPOS MICROBIANOS Aw
Bacterias G – 0,97
Bacterias G + 0,90
Levaduras 0,88
Hongos filamentosos 0,80
Bacterias halófilas 0,75
Hongos xerófilos 0,61
Osmófilos
Xerófilos
Halófilos
Marcela Martínez M.Sc.
Valores mínimos de Aw para el crecimiento de microorganismos importantes en alimentos
Marcela Martínez M.Sc.
pH Y CRECIMIENTO
Marcela Martínez M.Sc.
pH de alimentos
Tipo de alimento
Rango de pH Ejemplos
Alimentos de acidez alta
pH menor a 4.6
Frutas, jugos de frutas, alimentos fermentados (a partir de frutas, vegetales, carnes y leche) y salsas para ensaladas.
Alimentos de acidez baja
pH de 4.6 y mayor
Vegetales, carnes, pescado, leche y sopas.
Marcela Martínez M.Sc.
Clasificación de los alimentos según su acidez
Grupo según grado de acidez
Rango de pH Grupos de alimentos Microorganismos
Grupo 1: poco ácidos ≥ 5
Productos cárnicosProductos marinosLecheHortalizas
Aerobios esporuladosAnaerobio esporuladosLevaduras, mohos y bacterias no esporuladasGrupo 2: semiácidos 4,5 ≤ pH < 5,0
Mezcla de carne y vegetalesSopasSalsas
Grupo 3: ácidos 3,7 ≤ pH < 4,5
TomatesPerasHigosPiñaOtras frutas
Bacterias esporuladasBacterias no esporuladasLevadurasMohos
Grupo 4: muy ácidos pH < 3,7EncurtidosPomeloZumos cítricos
Marcela Martínez M.Sc.
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Marcela Martínez M.Sc.
Valores de pH aproximado de productos lácteos, cárnicos, aves de corral y pescado
Marcela Martínez M.Sc.
Valores aproximados de pH de algunas frutas frescas y verduras
Marcela Martínez M.Sc.
Efecto del pH sobre el crecimiento microbiano
• Altera el funcionamiento de sus enzimas.
• Se altera el transporte de nutrientes al interior de la célula.
• Afecta la interacción entre los iones H+ y las enzimas de la membrana citoplasmática.
• La morfología de algunos microorganismos puede resultar alterada por el pH.
Marcela Martínez M.Sc.
pH y crecimiento microbiano• Neutrófilos: pH entre 5.5 - 8
• Acidófilos: pH entre 0 - 5
• Alcalófilos: pH entre 8.5 – 11.5
RANGOS DE pH PARA EL CRECIMIENTO DE LOS
MICROORGANISMOS
Grupo Rango
Bacterias Gram negativas 4.5 - 9
Bacterias Gram positivas 4.0 – 8.5
Levaduras 2 – 8.5
Mohos 1.5 - 9Marcela Martínez M.Sc.
Rangos de pH donde crecen algunos organismos presentes en alimentos
Marcela Martínez M.Sc.
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Potencial Redox (Eh)
El potencial redox (Eh) mide la tendencia a donar o ceder electrones
Eh (+): el elemento de oxida
Eh (-): el elemento de reduce
El oxigeno es el principal agente oxidante Marcela Martínez M.Sc.
Potencial redox y crecimiento microbiano
• Aerobios:
– Obligados: requieren O2 para crecer (21%). Pseudomonas,
Micrococcus, Bacillus, mohos.
– Facultativos Son microorganismos que pueden crecer en
presencia o ausencia de oxigeno. Enterobacterias,
Staphilococcus
• Microaerofílicos: Requieren O2, pero a niveles más bajos que
los atmosféricos (1 - 15 %). Lactobacillus, Streptococcus,
PediococcusMarcela Martínez M.Sc.
• Anaerobios: organismos que carecen de sistemas respiratorios
y no pueden utilizar el O2 como aceptor final de electrones.
– Estrictos: mueren en presencia del oxígeno Clostridium,
Propionibacterium
– Facultativos: Pueden realizar metabolismo energético
aerobio o anaerobio
– Aerotolerantes: pueden tolerar el O2 y crecen en su
presencia aunque no pueden utilizarlo
Potencial redox y crecimiento microbiano
Marcela Martínez M.Sc.
Potencial redox y crecimiento de microorganismos en alimentos
Rango de EhGrupo de microorganismo s que pueden crecer
Ejemplos
+500 a +300 mV AerobiosMohos, levaduras, Bacillus, Pseudomonas, Moraxella y Micrococcus
+300 a +100 mV Anaerobios facultativosBacterias acido lácticas y bacterias de la familia Enterobacteriacea
+100 a -250 mV Anaerobios Clostridium
Microaerofilicos Campylobacter spp.
Marcela Martínez M.Sc.
Factores extrínsecos Efecto de la temperatura sobre el crecimiento
Temperaturas cardinalesMarcela Martínez M.Sc.
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Clasificación según la temperatura
• Psicrófilos
– Obligados (optimos a 15-18ºC)
– Facultativos, psicrotolerantes o psicrotrofos (óptimos a 20-30ºC)
• Mesófilos (óptimos 25-40ºC)
• Termófilos (óptimos >50ºC)
– Hipertermófilos (óptimos >80ºC)
– Termófilos facultativos: pueden crecer a <37ºC
Marcela Martínez M.Sc.
Relación entre las tasas de crecimiento y la temperatura
Marcela Martínez M.Sc.
Clasificación según la temperatura
Marcela Martínez M.Sc.
Microorganismos psicrófilos
• Hábitats fríos:
– Aguas oceánicas, especialmente los fondos (1-2ºC)
– Bolsas de agua en Ártico, Antártico, glaciares, etc.
• Adaptaciones bioquímicas al frío:
– Enzimas crio-resistentes
– Sistemas de transporte adaptados a frío
– Fosfolípidos de membrana aumentan proporción de ácidos
grasos insaturados
Marcela Martínez M.Sc.
Microorganismos mesófilos
Cianobacterias
Escherichia coli
Streptococcus pyogenes
Marcela Martínez M.Sc.
Microorganismos termófilos
• Hábitats permanentemente calientes:
– Fuentes termales volcánicas terrestres
– Fuentes termales submarinas
– Acúmulos de compost y ensilados
• Adaptaciones bioquímicas
– Enzimas y ribosomas termorresistentes
– Membranas ricas en A.G. saturados
– En Archaea: éteres de hidrocarburos con glicerol, e incluso monocapas
bioquímicas bifitanil-tetraéteresMarcela Martínez M.Sc.
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Humedad relativa (HR)
Se entiende por HR, la relación entre la presión parcial de vapor de agua y su presión de saturación a una temperatura dada.
Las HR elevadas favorecen la multiplicación de microorganismos, especialmente a temperaturas de almacenamiento altas.
HR muy bajas determinan pérdidas de peso en el alimento.
Marcela Martínez M.Sc.
Gases atmosféricos
Características del CO2
Incoloro, inodoro de sabor ácido.
Soluble en agua y grasa originando un ligero sabor ácido.
Bacteriostático y fungicida en valores por encima del 20%.
A temperaturas bajas se potencia su efectividad.
Características del N2
Incoloro, inodoro e insípido.
Insoluble en agua y grasa.
Desplaza el oxígeno del envase evitando oxidaciones.
Evita el colapso del envase.
Marcela Martínez M.Sc.
Gases atmosféricos
Marcela Martínez M.Sc.
Presencia y actividades de otros microorganismos
Marcela Martínez M.Sc.
Marcela Martínez M.Sc.
Interferencia microbiológica
1. La microbiota de fondo o de origen necesita ser más grande en número de células viables que los organismos a ser inhibidos.
2. La microbiota interferente es generalmente heterogénea y los roles específicos que las especies individuales juegan no son claros.
– competición por nutrientes
– competición por sitios de adhesión
– alteración desfavorable del ambiente
Marcela Martínez M.Sc.
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“Los sueños de los grandes soñadores jamás llegan a cumplirse,
siempre son superados”
Alfred North WhiteheadMarcela Martínez M.Sc.