Factores Que Influyen en El Crecimiento Microbiano en Alimentos

06/12/2011

1

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


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.


06/12/2011

2

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


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


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


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)


06/12/2011

3

Lípidos en alimentos


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.


Vitaminas en alimentos


Minerales en alimentos


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


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.

06/12/2011

4

Estructuras biológicas


Actividad de agua en alimentos


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


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.


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.


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


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/Osmotic_pressure_on_blood_cells_diagram-es.svg

06/12/2011

5

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.


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


Valores mínimos de Aw para el crecimiento de microorganismos importantes en alimentos


pH Y CRECIMIENTO


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.


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


06/12/2011

6


Valores de pH aproximado de productos lácteos, cárnicos, aves de corral y pescado


Valores aproximados de pH de algunas frutas frescas y verduras


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.


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


06/12/2011

7

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


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.


Factores extrínsecos Efecto de la temperatura sobre el crecimiento

Temperaturas cardinalesMarcela Martínez M.Sc.

06/12/2011

8

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


Relación entre las tasas de crecimiento y la temperatura


Clasificación según la temperatura


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


Microorganismos mesófilos

Cianobacterias

Escherichia coli

Streptococcus pyogenes


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.

06/12/2011

9

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.


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.


Gases atmosféricos


Presencia y actividades de otros microorganismos



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


06/12/2011

10

“Los sueños de los grandes soñadores jamás llegan a cumplirse,

siempre son superados”

Alfred North WhiteheadMarcela Martínez M.Sc.

Factores Que Influyen en El Crecimiento Microbiano en Alimentos

Documents

Transcript of Factores Que Influyen en El Crecimiento Microbiano en Alimentos