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Factores que afectan el crecimiento de microorganismos en

los alimentos

Resumen elaborado por:

María Marcela Martínez Miranda

Docente Dpto. Ingeniería

Universidad de Caldas

I. INTRODUCCION

La capacidad de los microorganismos (excepto los virus) para crecer o multiplicarse en un

alimento está determinada por el mismo alimento y por el ambiente en el cual dicho

alimento se encuentra almacenado, designados como factores intrínsecos y extrínsecos,

respectivamente. Cabe aclarar que no es posible estudiar independientemente la

influencia de algún factor en particular sobre el crecimiento microbiano, ya que todos

estos factores están interrelacionados.

II. FACTORES INTRÍNSECOS

Los factores intrínsecos incluyen los nutrientes, la actividad de agua (Aw), el pH, el

potencial de óxido reducción (redox) y los inhibidores (o antimicrobianos) presentes en el

alimento. La influencia de cada uno de estos factores sobre el crecimiento es discutida por

separado pero, como se indicó previamente, en un sistema alimentario estos factores

están presentes juntos y ejercen efectos sobre el crecimiento microbiano en combinación,

ya sea de forma favorable o adversa.

A. NUTRIENTES

Los microorganismos necesitan nutrientes para sintetizar los componentes celulares y

producir energía. Los nutrientes necesarios para estos procesos son derivados del

ambiente inmediato donde se encuentre la célula microbiana. Si la célula está creciendo

en un alimento, éste le provee los nutrientes. En general los nutrientes se clasifican en:

carbohidratos, proteínas, lípidos, minerales y vitaminas.

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Todos los alimentos tienen estos cinco grupos de nutrientes, ya sea de forma natural o

adicionada, y la cantidad de cada uno de ellos varía grandemente con el tipo de alimento,

por ejemplo:

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.

Algunos alimentos como la leche y muchos alimentos preparados tienen los 5

grupos de nutrientes en cantidades suficientes para el crecimiento microbiano.

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. Los microorganismos también varían en su capacidad de utilizar

carbohidratos grandes y complejos (ej. almidón y celulosa), proteínas grandes (ej. caseína

de la leche) y lípidos. Los microorganismos capaces de usar estas moléculas lo hacen

sintetizando enzimas extracelulares específicas e hidrolizando las moléculas complejas a

formas más simples afuera antes de transportarlas al interior de la célula. La mayoría de

los mohos son capaces de hacer esto. Sin embargo, éstos brindan la oportunidad para que

otras especies crezcan aun cuando sean incapaces de metabolizar las moléculas

complejas, ya que liberan formas simples al ambiente. Las células microbianas, después de

su muerte y lisis, liberan enzimas extracelulares que pueden catabolizar el rompimiento

de los nutrientes alimentarios complejos a formas simples, los cuales pueden ser

utilizados por otros microorganismos.

A continuación se describen los grupos de nutrientes disponibles en los alimentos:

1. Carbohidratos Los principales carbohidratos presentes en los alimentos, ya sea naturalmente o adicionados, se pueden agrupar según su naturaleza química en:

• Monosacáridos – Hexosas: glucosa, fructosa, manosa, galactosa – Pentosas: xilosa, arabinosa, ribosa, ribulosa, xilulosa

• Disacáridos – Lactosa – Sucrosa – Maltosa

• Oligosacáridos – Rafinosa – Estaquiosa

• Polisacáridos

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– Almidón – Glucógeno – Celulosa – Inulina – Hemicelulosa – Dextranos – Pectinas – Gomas y mucilagos

La lactosa está presente sólo en la leche y productos lácteos. El glucógeno está presente en tejidos animales, especialmente en el hígado. Las pentosas, la mayoría de oligosacáridos y polisacáridos están naturalmente presentes en alimentos de origen vegetal. Todos los microorganismos normalmente encuentran en los alimentos glucosa metabolizable, pero su habilidad para utilizar otros carbohidratos difiere considerablemente. Esto es debido a la inhabilidad de algunos microorganismos para transportar los monosacáridos y disacáridos específicos dentro de las células y la incapacidad para hidrolizar polisacáridos fuera de las células. Los mohos son, la mayoría, capaces de utilizar polisacáridos. Los carbohidratos son metabolizados por microorganismos principalmente para generar la energía necesaria (ATP) a través de varias vías metabólicas. Algunos de los productos metabólicos pueden ser usados para sintetizar componentes celulares de microorganismos (ej. para producir aminoácidos por animación de algunos cetoácidos). Los microorganismos también producen productos metabólicos asociados con la alteración de alimentos (ej. CO2 causa defecto gaseoso) o el bioprocesamiento de alimentos (ej. acido láctico en alimentos fermentados). Algunos carbohidratos también son metabolizados para producir ácidos orgánicos como el ácido láctico, acético, propiónico y butírico, los cuales tienen un efecto antagónico sobre el crecimiento y supervivencia de muchas bacterias. Los microorganismos pueden también polimerizar algunos monosacáridos para producir carbohidratos complejos como dextranos, material capsular y pared celular (membrana externa y membrana interna en bacterias Gram negativas). Algunos de estos carbohidratos pueden causar alteración de alimentos (como el limo que se forma en la superficie de algunos alimentos) y algunos pueden ser usados en la producción de alimentos (dextranos como estabilizadores). Los perfiles de metabolismo de carbohidratos son extensamente usados en el laboratorio para la identificación bioquímica de microorganismos aislados a partir de alimentos (pruebas bioquímicas).

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Tabla 1. Principales tipos de carbohidratos y procedencia. Fuente: http://www.henufood.com/nutricion-salud/aprende-a-comer/hidratos-de-carbono/

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2. Proteínas Los principales componentes proteicos en alimentos son proteínas simples, proteínas conjugadas, péptidos y compuestos nitrogenados no proteicos (aminoácidos, urea, amonio, creatinina). Las proteínas y péptidos son polímeros de diferentes aminoácidos con o sin compuestos orgánicos o inorgánicos y contienen 15 a 18% de nitrógeno. Las proteínas alimenticias simples son polímeros de aminoácidos, tales como la albúmina (huevo), globulinas (leche), glutelinas (cereal) y prolaminas (granos) y albúmina (colágeno en musculo). Ellas difieren grandemente en su solubilidad, lo cual determina la capacidad de un microorganismo para utilizar una proteína específica. Muchos microorganismos pueden hidrolizar la albumina, que es soluble en agua. En contraste, los colágenos que son insolubles en agua, son hidrolizados sólo por algunos microorganismos.

3. Lípidos Los lípidos son relativamente más abundantes en alimentos de origen animal que en alimentos de origen vegetal, aunque nueces, semillas de aceites, coco y oliva tienen altas cantidades de lípidos. Los alimentos fabricados o preparados pueden también variar grandemente en el contenido de lípidos. Los colesteroles están presentes en alimentos de origen animal o alimentos que contienen ingredientes de origen animal. Los lípidos son, en general, sustratos menos preferidos por los microorganismos para la síntesis microbiana de energía y materiales celulares. Muchos microorganismos pueden producir lipasas extracelulares, que pueden hidrolizar glicéridos a ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos pueden ser transportados a las células y ser usados para síntesis de energía, mientras que el glicerol puede ser metabolizado por separado. Algunos microorganismos también producen oxidasas lipídicas extracelulares, que pueden oxidar ácidos grasos insaturados para producir diferentes aldehídos y cetonas. En general, los mohos son más capaces de producir estas enzimas. Sin embargo, cierto grupo de bacterias como Pseudomonas, Achromobacter y Alcaligenes pueden producir estas enzimas. La lisis de células microbianas muertas en alimentos causa la liberación de lipasas y oxidasas intracelulares, lo cual puede provocar estas reacciones. En muchos alimentos la acción de estas enzimas está asociada con alteración (como rancidez), mientras que en otros alimentos las enzimas producen sabores deseables (como en los quesos madurados con mohos). Algunos microorganismos intestinales benéficos, como cepas de Lactobacillus acidophilus, pueden metabolizar colesterol y se piensa que son capaces de reducir los niveles de colesterol sérico en humanos.

4. Minerales y vitaminas Los microorganismos necesitan varios elementos en pequeñas cantidades, como fósforo, calcio, magnesio, hierro, azufre, manganeso y potasio. La mayoría de los alimentos tienen estos elementos en cantidades suficientes. Muchos microorganismos pueden sintetizar vitamina B, y los alimentos también contienen en su mayoría vitamina B. En general, la mayoría de los alimentos contienen diferentes carbohidratos, proteínas, lípidos, minerales y vitaminas en cantidades suficientes para suplir los nutrientes

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necesarios para el crecimiento de mohos, levaduras y bacterias, especialmente, bacterias Gram negativas normalmente presentes en alimentos. Algunos alimentos pueden tener limitadas cantidades de uno o varios nutrientes para el crecimiento rápido de algunas bacterias Gram positivas, especialmente algunas especies de Lactobacillus exigentes. Cuando su crecimiento es deseado, algunos carbohidratos, aminoácidos esenciales y vitaminas B pueden ser adicionados al alimento. No es posible o práctico controlar el crecimiento microbiano en un alimento por medio de la restricción de nutrientes.

B. ACTIVIDAD DE AGUA (Aw)

1. Principio La Aw es la medida de la disponibilidad de agua para las funciones biológicas y se relaciona con el agua presente en un alimento en forma libre. En un sistema alimentario, el agua total o humedad está presente en forma libre y ligada. El agua ligada es la fracción usada para hidratar las moléculas hidrofílicas y para disolver los solutos, y no está disponible para funciones biológicas; así que no contribuye a la Aw. La Aw de un alimento puede ser expresada por el radio de la presión de vapor de agua del alimento sobre la del agua pura. El rango es entre 0 y 1, o más exactamente >0 a <1, debido a que ningún alimento puede tener una Aw de 0 o de 1. La Aw de un alimento puede ser determinada a partir de la humedad relativa equilibrada (HRE), dividiendo HRE entre 100 (expresada en porcentaje).

2. Aw de alimentos La Aw de los alimentos varía de 0,1 a 0,99. Los valores de Aw de algunos grupos de alimentos son los siguientes:

Tabla 2. Actividad de agua de algunos grupos de alimentos.

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La Aw de agua de los alimentos puede ser reducida por remoción de agua (desorción) e incrementada por adsorción de agua. La Aw de un alimento puede ser reducida de varias formas, tales como la adición de solutos, iones, coloides hidrofílicos y congelamiento y secado.

3. Aw y crecimiento microbiano El agua libre en los alimentos es necesaria para el crecimiento microbiano. Es necesaria para transportar nutrientes y remover materiales de desecho, llevar a cabo reacciones enzimáticas, tales como hidrólisis de un polímero a monómeros (proteínas a aminoácidos). Cada especie microbiana (o grupo) tiene un nivel de Aw óptimo, máximo, y mínimo para su crecimiento. En general los valores de Aw mínimos para el crecimiento de grupos microbianos son los siguientes:

Tabla 3. Valores mínimos de Aw para el crecimiento de grupos microbianosñ Algunas excepciones son el crecimiento de Staphylococcus aureus a 0,85 y las bacterias halófilas a 0,75. La necesidad de Aw de bacterias formadoras de esporas para esporular y de las esporas para germinar, y de los microorganismos productores de toxinas para producir toxinas es generalmente más alta que la Aw mínima para su crecimiento. Además, la Aw mínima para el crecimiento en condiciones ideales es más baja que aquella en condiciones no ideales.

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Tabla 4. Valores mínimos de Aw aproximados para el crecimiento de microorganismos importantes en alimentos.

C. pH

1. Principio Ha sido bien establecido que la mayoría de los microorganismos crecen mejor a valores de pH cercanos a la neutralidad entre 6.6 y 7.5, mientras que pocos crecen por debajo de 4.0 Las bacterias tienden a ser más exigentes en relación con el pH que los mohos y las levaduras, siendo las bacterias patógenas las más exigentes. La mayor parte de las bacterias son neutrófilas. Muchas bacterias neutrófilas modifican el pH del medio, y resisten entornos relativamente ácidos o alcalinos. Por ejemplo, algunas bacterias fermentativas excretan ácidos, mientras otras alcalinizan el medio, p. ej., produciendo amonio a partir de la desaminación de aminoácidos. Aunque los microorganismos pueden crecer en un margen más o menos amplio de pH (alrededor de su pH óptimo), los cambios bruscos pueden ser lesivos para ellos, ya que afectan la membrana, el transporte de solutos e inhiben enzimas. Si el pH citoplásmico cae rápidamente hasta 5.0 o menos, la bacteria puede morir. Uno de los mecanismos que, al menos en neutrófilos, parece controlar el pH interior es un sistema antiporte H+/K+. A pH ácido, el interior celular puede quedar en principio más alcalino que el exterior. Este sistema introduce protones en el interior y saca iones

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potasio. De esta manera neutralizan el pH interior y siguen teniendo un potencial de membrana para establecer una fuerza protón motriz que les suministre energía.

2. pH de alimentos En base al pH, los alimentos pueden ser agrupados en alimentos con alta acidez (pH por debajo de 4.6) y alimentos con acidez baja (pH de 4.6 y superior). La mayoría de las frutas, jugos de frutas, alimentos fermentados (de frutas, vegetales, carnes, y leche) y salsas para ensaladas son alimentos con acidez alta, mientras que la mayoría de vegetales, carnes, pescado, leche y sopas son alimentos de acidez baja. El tomate, sin embargo, es un vegetal de acidez alta (pH entre 4.1 – 4.4). El límite superior de pH de la mayoría de los alimentos con acidez baja permanece por debajo de 7.0; sólo unos pocos alimentos, como las almejas (pH 7.1) y el huevo (pH 8.5), exceden el pH 7.0. Similarmente, los límites de pH bajo de la mayoría de los alimentos de acidez alta permanecen por encima de 3.0, excepto en algunas frutas cítricas (limón, lima, toronja) y jugo de arándano, en el cual el pH puede ser de 2.2. Los ácidos en los alimentos pueden estar presentes naturalmente (como en las frutas), producidos durante la fermentación (alimentos fermentados), o adicionados durante el procesamiento (como en las salsas para ensaladas). Los alimentos pueden también tener compuestos que tienen capacidad amortiguadora. Un alimento como la leche o la carne, debido a su buena capacidad amortiguadora, no muestra reducción de pH cuando son comparados con productos vegetales en la presencia de la misma cantidad de ácido.

Tabla 5. Clasificación de los alimentos según el grado de acidez.

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Tabla 6. Valores de pH aproximados de algunos alimentos

Tabla 7. Valores de pH aproximados de algunas frutas y vegetales frescos.

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3. pH y crecimiento microbiano El pH de un alimento tiene un profundo efecto sobre el crecimiento y la viabilidad de células microbianas. Cada especie tiene un óptimo y un rango de pH para su crecimiento. En general, los mohos y las levaduras son capaces de crecer a pH más bajos que las bacterias, y las bacterias Gram negativas son más sensibles al pH bajo que las bacterias Gram positivas. Los rangos de pH para el crecimiento microbianos son los siguientes:

Tabla 8. Rangos de pH para el crecimiento microbiano

Tabla 9. Rangos de pH aproximados para el crecimiento de algunos patógenos transmitidos por alimentos.

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Especies individuales difieren ampliamente en el límite inferior de pH para su crecimiento; por ejemplo, Pediococcus acidilactici pueden crecer a un pH de 3.8 y S. aureus puede crecer a un pH de 4.5, pero normalmente Salmonella no puede. El límite inferior de pH para el crecimiento de una especie puede ser un poco más alto si el pH es ajustado con un ácido fuerte en lugar de un ácido débil (debido a sus moléculas no disociadas). Cuando el pH en un alimento es reducido por debajo del límite inferior de crecimiento de una especie microbiana, las células no solo dejan de crecer sino que también pierden su viabilidad; la tasa en la cual esto sucede depende del grado en la reducción del pH. Esto es más aparente con ácidos débiles, especialmente con aquellos que tienen mayor constante de disociación (pK), como el ácido acético vs. el ácido láctico (con valores de pK 4.8 y 3.8, respectivamente). Esto es debido a que en el mismo pH, el ácido acético tiene más moléculas no disociadas que el ácido láctico. Las moléculas no disociadas, al ser lipofílicas, entran a la célula y se disocian para generar H+ en el citoplasma. Esto causa la reducción interna del pH, lo que automáticamente destruye el gradiente de protones entre el interior y el exterior de las células y disipa la fuerza protón motriz además de la habilidad de las células para generar energía. La información de la influencia del pH sobre el crecimiento y la viabilidad de las células microbianas es importante para desarrollar métodos para prevenir el crecimiento de microorganismos indeseables en alimentos (ej. en alimentos acidificados), para producir alimentos fermentados (ej. crecimiento secuencial de bacterias acido lácticas en fermentación de chucrut), y para aislar selectivamente microorganismos acidófilos a partir de alimentos (ej. levaduras y mohos en un medio con pH 3.5). La ácido tolerancia adquirida por bacterias patógenas y deteriorantes puede suponer problemas en su control en alimentos con pH bajo.

D. POTENCIAL REDOX Y OXÍGENO

1. Principio El potencial de óxido-reducción (O-R) o redox mide la diferencia de potencia en un sistema generado por una reacción acoplada en la cual una sustancia es oxidada y la segunda es reducida simultáneamente. El proceso involucra la pérdida de electrones de una sustancia reducida (así es oxidada) y la ganancia de electrones por una sustancia oxidada (así es reducida). El donador de electrones, debido a que reduce una sustancia oxidada, es también llamado agente reductor. Similarmente, el receptor de electrones es llamado agente oxidante. El potencial redox, designado como Eh, es medido en unidades eléctricas de milivoltios (mV). En el rango oxidado, es expresado en +mV, y en el rango reducido en –mV. En sistemas biológicos, la oxidación y reducción de sustancias son las principales formas de generar energía. Si el oxígeno libre está presente en el sistema, entonces puede actuar como aceptor final de electrones. En ausencia de oxígeno libre, el oxígeno ligado a algún otro compuesto, como NO3 y SO4, puede aceptar el electrón. En un sistema donde el oxígeno no está presente, otros compuestos pueden aceptar los electrones. Así, la presencia del oxigeno no es un requerimiento en las reacciones de O-R.

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2. Potencial Redox en alimentos

El potencial redox de un alimento está influenciado por su composición química, tratamiento de procesamiento especifico dado, y su condición de almacenamiento (en relación al aire). Los alimentos frescos de origen vegetal y animal están en un estado reducido, debido a la presencia de sustancias reductoras como ácido ascórbico, azúcares reductores, y proteínas del grupo –SH. Después de la interrupción de la respiración de las células en un alimento, el oxigeno difunde hacia adentro y cambia el potencial redox. Procesamientos, como el calentamiento, pueden incrementar o disminuir la reducción de compuestos y alterar el Eh. Un alimento almacenado al aire tendrá un Eh superior (+mV) que cuando es almacenado al vacio o en gas modificado (como CO2 o N2). El oxigeno puede estar presente en un alimento en el estado gaseoso (en la superficie, atrapado en el interior) o en forma disuelta.

3. Potencial Redox y crecimiento microbiano En base a su crecimiento en presencia o ausencia de oxigeno, los microorganismos han sido agrupados como aerobios, anaerobios, anaerobios facultativos, o microaerof{ilicos. Los aerobios necesitan oxigeno libre para la generación de energía, ya que el oxigeno libre actúa como el aceptor final de electrones a través de la respiración aeróbica. Los anaerobios facultativos pueden generar energía si el oxigeno libre está disponible, o pueden usar oxigeno ligado en compuestos como NO3 o SO4 como aceptores finales de electrones a través de la respiración anaeróbica. Si el oxigeno no está disponible, entonces otros compuestos son usados para aceptar el electrón (o hidrogenión) a través de la fermentación (anaeróbica). Un ejemplo de esto es la aceptación de hidrogeniones de NADH2 por el piruvato para producir lactato. Los microorganismos anaerobios facultativos y anaerobios pueden solamente transferir electrones a través de la fermentación. Muchos anaerobios (obligados o estrictos) no pueden crecer en la presencia aun de pequeñas cantidades de oxigeno libre ya que carecen de la superoxido dismutasa necesaria para eliminación de los radicales libres del oxigeno tóxicos. La adición de carroñeros, como los tioles (p.e. el tioglicolato), ayuda a reducir la sensibilidad a estos radicales libres. Los microaerofilicos crecen mejor en presencia de menos oxigeno. El crecimiento de microorganismos y su habilidad para generar energía por reacciones metabólicas específicas depende de los potenciales redox de los alimentos. Los rangos de Eh en los cuales diferentes grupos de microorganismos pueden crecer son los siguientes: aerobios de +500 a +300 mV; anaerobios facultativos de +300 a +100 mV; y anaerobios, de +100 a -250 mV o inferior. Sin embargo, esto varía ampliamente con concentraciones de componentes reductores en un alimento y la presencia de oxigeno. Los mohos, las levaduras, y géneros de Bacillus, Pseudomonas, Moraxella, y Micrococcus son algunos ejemplos que tienen especies aerobias. Algunos ejemplos de anaerobios facultativos son las bacterias del ácido láctico y las de la familia Enterobacteriaceae. El anaerobio más importante en alimentos es Clostridium. Un ejemplo de un microerofílico es Campylobacter spp. El rango de Eh indica que en cada grupo algunas especies son más

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estrictas en su Eh necesario que otras. Aunque la mayoría de los mohos son aerobios estrictos, unos cuantos pueden tolerar menores concentraciones de oxígeno. Similarmente, las levaduras son básicamente aerobias, pero algunas pueden crecer en Eh bajo (por debajo de +300 mV). Muchas especies de Clostridium pueden crecer a un Eh +100 mV, pero algunas necesitan -150 mv o menos.

La presencia o ausencia de oxigeno y el Eh de alimentos determinan la capacidad de crecer de un grupo microbiano particular y las vías metabólicas específicas usadas durante el crecimiento para generar energía y productos metabólicos. Esto es importante en deterioro microbiano de alimentos (como putrefacción de carne por Clostridium spp. bajo condiciones anaerobias) y para producir características deseables de alimentos fermentados (como crecimiento de especies de Penicillium en queso azul bajo condiciones aerobias). Esta información es también importante para aislar microorganismos de interés a partir de alimentos (como Clostridium laramie, un anaerobio estricto a partir de carne deteriorada) en el laboratorio.

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E. FACTORES DE CRECIMIENTO E INHIBIDORES

Los alimentos pueden tener algunos factores que estimulan o inhiben el crecimiento de microorganismos. La naturaleza exacta de los factores de crecimiento es desconocida, pero ellos están presentes naturalmente en algunos alimentos. Un ejemplo son los factores de crecimiento en tomates que estimulan el crecimiento de algunas especies de Lactobacillus. Estos factores de crecimiento pueden ser adicionados a materiales crudos durante el bioprocesamiento del alimento o a medios de cultivo para el aislamiento de bacterias exigentes a partir de alimentos. Aquí se incluyen las vitaminas, los aminoácidos, las purinas y las pirimidinas. Constituyentes antimicrobianos Los alimentos también contienen muchos químicos, ya sea naturalmente o adicionados, que afectan adversamente el crecimiento microbiano. Algunos de los inhibidores naturales son la lizosima en huevos, aglutinina en leche y el eugenol en clavos. Los inhibidores, dependiendo de su modo de acción, pueden prevenir o reducir el crecimiento de microorganismos o matarlos. Algunas especies de plantas contienen aceites esenciales que poseen actividad antimicrobiana. Entre estas se encuentra el eugenol en clavos, la alicina en ajo, aldehído y

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eugenol en canela, acil-isociocinato en mostaza, eugenol y timol en salvia, y carvacrol (isotimol) y timol en orégano. La leche de vaca contiene sustancias antimicrobianas, incluyendo lactoferrina, conglutinina, y el sistema lactoperoxidasa. La caseína de la leche, además de algunos ácidos grasos libres, ha mostrado actividad antimicrobiana bajo ciertas condiciones. Los huevos contiene lizosima, como la leche, y esta enzima, junto con la conalbumina, provee a los huevos frescos un eficiente sistema antimicrobiano. Los derivados del ácido hidroxicinamico (ácidos p-cumarico, ferulico, cafeico y clorogenico) encontrados en frutas, vegetales, té, melaza y otras fuentes vegetales muestran todos actividad actibacterial y antifúngica. La lactoferrina es una glicoproteína unida al hierro que es inhibitoria para muchas bacterias presentes en alimentos. La ovotransferrina parece ser una sustancia inhibidora en huevos blancos crudos que inhibe a Salmonella enteritidis. Las vacuolas celulares de las plantas crucíferas (repollo, col de Bruselas, brócoli, nabos, etc.) contienen cosinolatos que producen isocianatos. Algunos de estos últimos poseen actividad antifúngica y antibacteriana.

F. ESTRUCTURA BIOLÓGICA

La cubierta natural de algunos alimentos provee excelente protección contra la entrada y subsecuente daño por organismos deteriorantes. En esta categoría están estructuras como la cubierta externa de las frutas, la cáscara de las nueces, la piel de los animales y las cáscaras de los huevos. En el caso de nueces como penacas y nogales, la cáscara o cobertura es suficiente para prevenir la entrada de todos los organismos. Una vez rajada, por supuesto, las nueces son objeto de contaminación por mohos. La cáscara externa y la membrana de los huevos, de hecho, previenen la entrada de casi todos los microorganismos cuando son mantenidos bajo apropiadas condiciones de humedad y temperatura. Las frutas y los vegetales con cobertura dañada sufren contaminación muchos más rápido que aquellas no dañadas. La piel que cubre el pescado y las carnes como la de res y la de cerdo, previene la contaminación y el deterioro de estos alimentos parcialmente porque esta tiende a secarse más rápido que en aquellas superficies cortadas recientemente. III. FACTORES EXTRÍNSECOS

Los factores extrínsecos importantes para el crecimiento microbiano en alimentos

incluyen las condiciones ambientales en las cuales se encuentra almacenado. Estas son

temperatura, humedad relativa y ambiente gaseoso. La humedad relativa y las

condiciones gaseosas de almacenamiento, respectivamente, influencian la Aw y el Eh del

alimento.

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A. TEMPERATURA DE ALMACENAMIENTO

Los microorganismos, individualmente o como un grupo, crecen en rangos de

temperatura muy amplios. Por lo tanto, es bueno considerar en este sentido los rangos de

temperatura de crecimiento de organismos de importancia en alimentos como una ayuda

en la selección de temperaturas apropiadas de almacenamiento de diferentes tipos de

alimentos.

La temperatura más baja en la cual un microorganismo ha sido reportado en crecimiento

es -34°C; la más alta es en algún lado superior a 100°C. Es tradicional colocar a los

microorganismos dentro de tres grupos basados en sus requerimientos de temperatura

para crecer. Aquellos organismos que crecen bien a 7°C o menos y tienen su óptimo entre

20°C y 30°C son llamados psicotróficos. Aquellos que crecen bien entre 20°C y 45°C con un

óptimo entre 30°C y 40°C son llamados mesófilos, mientras que aquellos que crecen bien

por encima de los 45°C con un óptimo entre 55°C y 65°C son llamados termófilos.

Entre las bacterias psicotróficas se encuentran los siguientes géneros: Alcaligenes,

Shewanella, Brochothrix, Corynebacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus,

Pectobacterium, Pseudomonas, Psychrobacter, Enterococcus y otros. Los psicotróficos

encontrados más comúnmente en alimentos son aquellos que pertenecen a los generos

Pseudomonas y Enterococcus. Estos organismos crecen bien a temperaturas de

refrigeración y causan deterioro a 5-7°C de carnes, pescado, aves de corral, huevos y otros

alimentos normalmente conservados en esta temperatura. Los recuentos en placa de

microorganismos viables en tales alimentos son regularmente más altos cuando las placas

son incubadas a 7°C por al menos 7 días que cuando son incubadas a 30°C o más.

Las cepas y especies mesofílicas, son conocidas en todos los géneros bacterianos y pueden

ser encontradas en alimentos mantenidos a temperaturas de refrigeración. Ellas

aparentemente no crecen a estas temperaturas pero crecen a temperaturas dentro de

rangos mesófilos si otras condiciones son adecuadas. Algunos organismos pueden crecer

dentro de rangos entre 0°C y 40°C. Un ejemplo es Enterococcus faecalis.

La mayoría de las bacterias de importancia en alimentos pertenecen a los géneros Bacillus,

Paenibacillus, Clostridium, Geobacillus, Alicyclobacillus y Thermoanaerobacter. Aunque no

todas las especies de estos géneros son termofílicas, ellas son de gran interés para los

microbiólogos y tecnólogos de alimentos enlatados.

Así como los mohos son capaces de crecer en rangos de pH, presión osmótica y contenido

de nutrientes más amplios, también son capaces de crecer en rangos de temperatura

amplios como lo hacen las bacterias. Muchos mohos son capaces de crecer a

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temperaturas de refrigeración, notablemente algunas cepas de Aspergillus,

Cladosporidium y Thamnidium, las cuales pueden encontrarse en huevos, carnes y frutas.

Las levaduras crecen dentro de rangos de temperatura psicotróficas y mesofílicas pero

generalmente no crecen dentro de rangos termofílicos.

La calidad de productos alimenticios debe ser también tomada en cuenta para la selección

de la temperatura de almacenamiento. Aunque podría parecer deseable mantener todos

los alimentos a temperatura de refrigeración o inferior, esto no es siempre lo mejor para

el mantenimiento de la calidad deseable de algunos alimentos. Por ejemplo, las bananas

permanecen mejor si se conservan a 13-17°C que a 5.7°C. Un gran número de vegetales

son favorecidos por temperaturas alrededor de los 10°C, incluyendo papa, apio, repollo y

muchos otros. En cada caso, el éxito de la temperatura de almacenamiento depende en

gran medida de la humedad relativa del ambiente de almacenamiento y la presencia o

ausencia de gases como CO2 y O3.

La temperatura de almacenamiento es el parámetro más importante que afecta el

almacenamiento de alimentos altamente perecederos.

B. HUMEDAD RELATIVA DEL AMBIENTE

La humedad relativa (HR) del ambiente de almacenamiento es importante tanto para el

punto estándar de actividad de agua dentro del alimento como para el crecimiento de

microorganismos en su superficie. Cuando la Aw de un alimento es de 0.60, es importante

que el alimento sea almacenado bajo condiciones de HR que no permitan adquirir la

humedad del aire y por lo tanto incrementar su Aw en la superficie hasta un punto donde

el crecimiento microbiano pueda ocurrir. Cuando los alimentos con valores bajos de Aw

son colocados en ambientes de alta HR, los alimentos adquieren humedad hasta el punto

de equilibrio establecido. Asi mismo, los alimentos con una alta Aw pierden humedad

cuando son colocados en un ambiente con baja HR. Hay una relación entre HR y

temperatura que debe ser tenida en cuenta para seleccionar apropiados ambientes de

almacenamiento de alimentos. En general, a mayor temperatura, menor HR, y viceversa.

Los alimentos que sufren contaminación con mohos, levaduras y ciertas bacterias

deberían ser almacenados bajo condiciones de baja HR. Carnes empacadas

inapropiadamente como pollos enteros y cortes de res tienden a sufrir mucho deterioro

en la superficie en el refrigerador antes de que ocurra el deterioro en el interior, debido a

la generalmente alta HR del refrigerador y al hecho de que la microbiota contaminante de

carnes es aerobia por naturaleza. Aunque es posible reducir los cambios del deterioro

superficial en ciertos alimentos almacenándolos bajo condiciones de baja HR, debería

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recordarse que los alimentos por si mismos liberarán humedad a la atmósfera bajo ciertas

condiciones y por lo tanto se hacen indeseables. Para seleccionar las condiciones

ambientales apropiadas de HR, algunas consideraciones deben ser dadas, tanto para

evitar el crecimiento superficial como para que la calidad deseable sea mantenida en los

alimentos. Mediante la alteración de la atmósfera gaseosa, es posible retardar el deterioro

superficial sin reducir la HR.

C. PRESENCIA Y CONCENTRACIÓN DE GASES EN EL AMBIENTE

El dióxido de carbono (CO2) es el gas atmosférico simple más importante usado para

controlar microorganismos en alimentos. Junto con el O2 son los dos más importantes

gases en alimentos empacados en atmosferas modificadas.

El ozono (O3) es otro gas atmosférico que tiene propiedades antimicrobianas y ha sido

usado por varias décadas como un agente para extender la fecha de vencimiento de

ciertos alimentos. Ha mostrado ser efectivo contra una variedad de microorganismos,

pero debido a que es un fuerte agente oxidante, no debería ser usado alimentos con alto

contenido lipídico ya que podría causar un incremento en la rancidez.

D. PRESENCIA Y ACTIVIDADES DE OTROS MICROORGANISMOS

Algunos organismos presentes en alimentos producen sustancias que son inhibitorios o

letales a otros; estas incluyen antibióticos, bacteriocinas, peróxido de hidrogeno y ácidos

orgánicos. Esta capacidad de algunos microorganismos es usada para realizar biocontrol,

que se basa en el uso de uno o mas microorganismos para inhibir o controlar otras

organismos. El control pueden requerir un organismo vivo (como los fagos) o puede ser

ejercido por acciones indirectas o agentes (como la producción de bacteriocinas). El

biocontrol, relacionado con la protección de alimentos, comprede las actividades de

bacterias acido lácticas, bacteriocinas, endolisinas, bacteriófagos y “cultivos protectores”

en general.

Interferencia microbiológica

La interferencia microbiológica se refiere a la inhibición no específica general o a la

destrucción de un microorganismo por otros miembros de mismo hábitat o ambiente.

Mientras que el antagonismo láctico es un ejemplo específico de interferencia

microbiológica, hay otras formas menos claras en las cuales la inhibición ocurre. Los

mecanismos de la interferencia microbiológica no son claros aun, pero se sabe que: 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

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heterogénea y los roles específicos que las especies individuales juegan no son claros.

Entre las explicaciones dadas durante años están: (1) competición por nutrientes, (2)

competición por sitios de adhesión, (3) alteración desfavorable del ambiente y (4) una

combinación de las anteriores. Debido a que la interferencia ocurre típicamente cuando la

flora interferente es de al menos 106 células por gramo, no es inconcebible que la

formación de una biopelícula y la ocurrencia de “quórum sensing” jueguen algún papel

desconocido hasta ahora en este fenómeno.

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Bibliografía

JAY, James. Microbiología Moderna de los Alimentos. 3° edición. Zaragoza: Editorial Acribia, 1994.

RAY, Bybek. Fundametal Food Microbiology. 3° edition. CRC Press Editorial. 2004.