Microbiologa de los alimentosIntroduccin a la microbiologa de los alimentos. Los microorganismos como productores de alimentos. Los microorganismos como agentes de deterioro de alimentos. Microorganismos como agentes patgenos transmitidos por alimentos. Factores que afectan el crecimiento bacteriano en alimentos. Crecimiento de microorganismos en medios naturales. Eliminacin de los microorganismos de los alimentos. Antagonismo lctico.1.- Introduccin a la microbiologa de los alimentosLa microbiologa de los alimentos es la parte de la microbiologa que trata de los procesos en los que los microorganismos influyen en las caractersticas de los productos de consumo alimenticio humano o animal. La microbiologa de alimentos, por consiguiente, engloba aspectos de ecologa microbiana y de biotecnologa para la produccin.Se pueden distinguir cuatro aspectos diferentes en la nicrobiologa de alimentos:Los microorganismos como productores de alimentosDesde los tiempos histricos ms remotos se han utilizado microorganimos para producir alimentos. Los procesos microbianos dan lugar a alteraciones en los mismos que les confieren ms resistencia al deterioro o unas caractersticas organolpticas (sabor, textura, etc.) ms deseables.La mayora de los procesos de fabricacin de alimentos en los que intervienen microorganismos se basan en la produccin de procesos fermentativos, principalmente de fermentacin lctica, de los materiales de partida. Esta fermentacin suele ser llevada a cabo por bacterias del grupo lctico. Como consecuencia de ella, se produce un descenso del pH, lo que reduce la capacidad de supervivencia de especies bacterianas indeseables (principalmente bacterias entricas), se acumulan en el alimento cidos orgnicos de cadena corta que, adems de su efecto antibacteriano, le confieren caractersticas de sabor agradable, y, en cuiertos casos, se acumulan compuestos antibacterianos que reducen la carga microbiana del alimento incrementando su vida media o impiden la germinacin de esporas de bacterias Gram-positivas posibles causantes de intoxicaciones alimentarias (por ejemplo: la nisina, bacteriocina producida por ciertas bacterias lcticas, es capaz de inhibir la germinacin de esporas de Clostridium botulinum reduciendo el riesgo de intoxicacin por la toxina de esta bacteria).Los alimentos fermentados comprenden productos lcteos, crnicos, vegetales fermentados, pan y similares y productos alcohlicos.Los microorganismos como agentes de deterioro de alimentosSe considera alimento deteriorado aquel daado por agentes microbianos, qumicos o fsicos de forma que es inaceptable para el consumo humano. El deterioro de alimentos es una causa de prdidas econmicas muy importante: aproximadamente el 20% de las frutas y verduras recolectadas se pierden por deterioro microbiano producido por alguna de las 250 enfermedades de mercado.Los agentes causantes de deterioro pueden ser bacterias, mohos y levaduras; siendo bacterias y mohos lo ms importantes. De todos los microorganismos presentes en un alimento slo algunos son capaces de multiplicarse activamente sobre el alimento por lo que resultando seleccionados con el tiempo de forma que la poblacin heterognea inicial presente en el alimento va quedando reducida a poblaciones ms homogneas y a, finalmente, un solo tipo de microorganismos que consiguen colonizar todo el alimento desplazando a los dems. Por consiguiente, durante el proceso de deterioro se va seleccionando una poblacin o tipo de micoorganismos predominante de forma que la variedad inicial indica poco deterioro y refleja las poblaciones iniciales.Existen una serie de factores que dirigen esta seleccin que determinan lo que se denomina resistencia a la colonizacin de un alimento. Estos factores son:Factores intrnsecos :Constituyen los derivados de la composicin del alimento: actividad de agua (aw), pH, potencial redox, nutrientes, estructura del alimento, agentes antimicrobianos presentes, etc.Tratamientos tecnolgicos:Factores que modifican flora inicial como consecuencia del procesado del alimento.Factores extrnsecosDerivados de la condiciones fsicas del ambiente en el que se almacena el alimento.Factores implcitosComprenden las relaciones entre los micoorganismos establecidas como consecuencia de los afactores a, b y c. Diferentes tipos de alimentos son difenretemente atacables por microorganismos. As cada tipo de alimento se deteriora por accin de un tipo de microorganismo concreto establecindose una asociacion es especifica entre el microorganismo alterante y el producto alterado: as, por ejemplo, las carnes son los alimentos ms fcilmente deteriorables debido a las favorables condiciones para el crecimiento de microorganismos derivadas de los factores anteriores.Los microorganismos como agentes patgenos transmitidos por alimentos Por otra parte, ciertos microorganismos patgenos son potencialmente transmisibles a travs de los alimentos. En estos casos, las patologas que se producen suelen ser de caracter gastrointestinal, aunque pueden dar lugar a cuadros ms extendidos en el organismo e, incluso, a septicemias.Las patologas asociadas a alimentos pueden aparecer como casos aislados, cuando el mal procesamiento del alimento se ha producido a nivel particular; pero suelen asociarse a brotes epidmicos ms o menos extendidos en el territorio; por ejemplo, el nmero de brotes epidmicos asociados a alimentos durante los ltimos aos en todo el territorio nacional ha oscilado entre 900 y 1000 brotes anuales.Las patologas asociadas a transmisin alimentaria pueden ser de dos tipos: infecciones alimentarias producidas por la ingestin de microorganismos o intoxicaciones alimentarias producidas como consecuencia de la ingestin de ytoxinas bacterianas producidas posr microorganismos presentes en los alimentos. En ciertos casos, pueden producirse alergias alimentarias causadas por la presencia de microorganismos.En cualquier caso, para que se produzca una toxiinfeccin es necesario que el microorganismo haya producido: a) Suficiente nmero para colonizar el intestino.b) Suficiente nmero para intoxicar el intestino.c) Cantidades de toxina significativas.Los tipos de microorganismos patgenos con importancia alimentaria comprenden bacterias, protozoos y virus, en el caso de las infecciones alimentarias, y bacterias y hongos (mohos) en el caso de las intoxicaciones.Para que una bacteria pueda causar una infeccin, adems de las condiciones anteriores es necesario que el microorganismo presente un rango de temperaturas de crecimiento compatible con la temperatura corporal de los organismos superiores (40C). Esto es la causa de que patgenos vegetales no sean patgenos animales y que la mayora de psicrfilos y psicrtrofos no sean de gran relevancia en patologa.Por su parte, un virus ser patgeno nicamente en el caso de que las clulas animales presenten los receptores necesarios para que el virus pueda adsorberse a ellas. Esta es la razn por la que hay especificidad de reino entre virus animales, vegetales y bacterianos sin infecciones cruzadas entre reinos.La procedencia del microorganismo patgeno puede ser de dos tipos: microorganismos endgenos presentes en el interior del alimento, y microorganismos exgenos depositados en la superficie del alimento. Lospprimeros suelen estar asociados a alimentos animales ya que los patgenos de animales pueden serlo de humanos, mientras que los patgenos vegetales no pueden serlo ebido a las diferencias entre ambos tipos de microorganismos.Por ltimo, debido a la importancia en salud pblica de las toxiinfecciones alimentarias, la labor del microbiologo de alimentos se dirige, en muchos casos, al control destinado a evitar el consumo de productos elaborados en condiciones deficientes y que, por tanto, sean potencialmente peligrosos. Para ello, ha tenerse en cuenta, a la hora de realizar un anlisis microbiolgico de alimentos:a) Las fuentes de contaminacin del alimento.b) Las rutas de infeccin del patgeno.c) La resistencia de los patgenos a condiciones adversas.d) Las necesidades de crecimiento de los patgenos.e) Minimizar la contaminacin y el crecimiento de los microorganismos.f) Tcnicas de deteccin y aislamiento.g) Metodo de muestreo proporcional al riesgo.Todo lo anterior obliga a la regulacin legal de las caractersticas microbiolgicas de cada alimento, lo que comprende la definicin de cada alimento o producto alimentario y las regulaciones sobre la tolerancia del nmero de microorganismos permisibles. (los llamados valores de referencia).2.- Factores que afectan al crecimiento bacteriano en los alimentosCuando un microorganismo se encuentra en la superficie o en el interior de un alimento, actuan sobre l todos los factores fsicos o qumicos debidos a la composicin del alimento en s y a las condiciones en las que se encuentra. En este sentido, los factores que afectan al crecimiento bacteriano en los alimentos son parcialmente equivalesntes a los factores de resistencia a la colonizacin microbiana de un alimento. Especialmente relevantes, por ser susceptibles de manipulacin tecnolgica, son los siguientes:Tratamientos que manipulan la temperatura RefrigeracinEntendemos por refrigeracin la conservacin de alimentos a temperaturas inferiores a 10C y superiores al punto de congelacin del agua. La baja temperatura es, evidentemente, un factor limitante del crecimiento microbiano. Segn su comportamiento frente a la temperatura, los organismos pueden ser trmofilos, mesfilos y psicrotrofos.Al tratar la refrigeracin de alimentos, hay que considerar varios aspectos:La refrigeracin es un factor de seleccin de poblaciones bacterianas A temperatura de refrigeracin (0 - 5 C) los organismos psicrfilos crecen ms rpidamente que los mesfilos y, por tanto, la baja temperatura per se supone un factor de seleccin de la flora del alimento de gran importancia. Este hecho, unido a que a temperaturas inferiores a la ptima los periodos de latencia se alargan mucho, especialmente en bacterias mesfilas, hace que la poblacin bacteriana esperable tras largos periodos de refrigeracin est constituida mayoritariamente por psicrfilos, y que, por consiguiente, los procesos que se produzcan a esta temperatura sean, predominantemente, de alteracin ms que de desarrollo de microorganismos patgenos.Choque de froCuando se enfra rpidamente un alimento muchas de las bacterias mesfilas que normalmente resistiran la temperatura de refrigeracin, mueren como consecuencia del choque de fro. Esto es ms frecuente en Gram-negativas que en Gram-positivas.El fro produce alteraciones metablicas en los microorganismosA baja temperatura las rutas metablicas de los microorganismos se ven alteradas, como consecuencia de su adaptacin al fro. Estos cambios metablicos pueden dar lugar a que se produzcan deterioros diferentes a los causados por los mismos microorganismos a diferentes temperaturas.En resumen, el deterioro de alimentos refrigerados se produce por microorganismos psicrofilos porque, aunque sus velocidades de crecimiento son lentas, los periodos de almacenamiento son muy prolongados. Los microorganismos patgenos son, en su mayora, mesfilos y no muestran crecimiento apreciable, ni formacin de toxinas, a temperaturas de refrigeracin correctas. Ahora bien, si la temperatura no es controlada rigurosamente puede producirse un desarrollo muy peligroso rpidamente.RefrigeracinSe entiende por congelacin la conservacin de alimentos a temperaturas inferiores al punto de congelacin del agua. Estas temperaturas pueden variar desde la que se obtiene en un congelador casero (en torno a -2 a -10C) y las conseguidas en sistemas de congelacin ms potentes que pueden llegar a -30 a -80C. La congelacin detiene el crecimiento de todos los microorganismos. Los superiores (hongos, levaduras, helmintos) son ms sensibles que las bacterias y mueren.A temperaturas ms bajas (-30 C) la supervivencia de las bacterias es mayor que en temperaturas de congelacin ms altas (-2 a -10 C), sin embargo estas temperaturas tambin deterioran el alimento ms que las ms bajas. La congelacin puede producir lesiones subletales en los microorganismos contaminantes de un alimento. Este aspecto hay que considerarlo al hacer control microbiolgico.Durante la congelacin la carga microbiana continua disminuyendo. Sin embargo, las actividades enzimticas de las bacterias pueden continuar dando lugar a ms deterioro.Tras la congelacin los microorganismos supervivientes pueden desarrollarse en un ambiente en el que la rotura de la integridad estructural del alimento como consecuencia de la congelacin puede producir un ambiente favorable para el deterioro microbiano.Altas temperaturasLas temperaturas superiores a las de crecimiento ptimo producen inevitablemente la muerte del microorganismo o le producen lesiones subletales. Las clulas lesionadas pueden permanecer viables; pero son incapaces de multiplicarse hasta que la lesin haya sido reparada.Aunque se han observado excepciones, est perfectamente establecido que la cintica de termodestruccin bacteriana es logartmica y en ella se pueden determinar para cada microorganismo y alimento los valores de termodestruccin D y z que, en conjunto con la medida de los valores de carga microbiana inicial del alimento permiten disear el tratamiento adecuado para conseguir los niveles microbiolgicos tcnicamente aceptables.La velocidad de termodestruccin se ve afectada por factores intrnsecos (diferencia de resistencia entre esporas y clulas vegetativas, localizacin intra o extracelular de las bacterias patgenas), factores ambientales que influyen el crecimiento de los microorganismos (edad, temperatura, medio de cultivo) y factores ambientales que actan durante el tratamiento trmico (pH, aw, tipo de alimento, sales, etc.).Radiacion ultravioletaLa radiacin ultravioleta produce una disminucin exponencial en el nmero de clulas vegetativas o de esporas vivas con el tiempo de irradiacin. Por tanto se pueden calcular valores anlogos a D para la irradiacin.Existe una falta de informacin precisa sobre la susceptibilidad de las diferentes especies microbianas a la radiacin U.V.: diferentes cepas de una misma especie pueden tener una resistencia distinta.El mayor valor del tratamiento con radiaciones U.V. se encuentra en el saneamiento del aire, aunque tambin pueden aplicarse para esterilizar superficies de alimentos o para el equipo de los manipuladores de alimentos.Radiacion ionizanteLa radiacin ionizante es altamente letal, puede ajustarse su dosis para producir efectos pasteurizantes o esterilizantes y su poder de penetracin es uniforme. Es letal por destruccin de molculas vitales de los microorganismos, esto los consigue sin produccin de calor, por lo que los alimentos se conservan frescos. La mayora de los daos son a nivel ADN.La sensibilidad a la radiacin de los microorganismos difiere segn las especies e incluso segn las cepas, aunque las diferencias de resistencia entre cepas de una mismas especie son generalmente lo suficientemente pequeas para no tenerlas en cuenta a efectos prcticos. Las bacterias Gram-negativas son generalmente ms sensibles a la irradiacin que las Gram-positivas y las esporas an ms resistentes. En general, la resistencia a la radiacin de los hongos es del mismo orden que la de las formas vegetativas bacterianas. Los virus son an ms resistente que las bacterias a la radiacin.Actividad de agua reducida. Los microorganismos requieren la presencia de agua, en una forma disponibles, para que puedan crecer y llevar a cabo sus funciones metablicas. La mejor forma de medir la disponibilidad de agua es mediante la actividad de agua (aw). La aw de un alimento puede reducirse aumentando la concentracin de solutos en la fase acuosa de los alimentos mediante la extraccin del agua o mediante la adicin de solutos. La deshidratacin es un mtodo de conservacin de los alimentos basado en la reduccin de la aw, durante el curado y el salazonado, as como en el almbar y otros alimentos azucarado son los solutos los que, al ser aadidos, descienden la aw. Un pequeo descenso de la aw es, a menudo, suficiente para evitar la alteracin del alimento, siempre que esta reduccin vaya acompaada por otros factores antimicrobianos.La mayora de las bacterias y hongos crece bien a aw entre 0,98 y 0,995; a valores aw ms bajos la velocidad de crecimiento y la masa celular disminuyen a la vez que la duracin de la fase de latencia aumenta hasta llegar al infinito (cesa el crecimiento). Algunos tipos de microorganismos son capaces de crecer en condiciones de alto contenido de sal (baja aw). Dependiendo de la capacidad de supervivencia a baja aw se denominan osmfilos, xerfilos y halfilos (segn va aumentando su requerimiento de sal). Sin embargo, la baja aw reduce tambin la tasa de mortalidad de las bacterias: una baja aw protege los microorganismos durante tratamientos trmicos.pH Y LA ACIDEZ.- En general, la presencia de cidos en el alimento produce una drstica reduccin de la supervivencia de los microorganismos. Los cidos fuertes (inorgnicos) producen una rpida bajada del pH externo, aunque su presencia en la mayora de los alimentos es inaceptable. Los cidos orgnicos dbiles son ms efectivos que los inorgnicos en la aciclificacin del medio intracelular; se supone que esto ocurre porque es ms fcil su difusin a travs de la membrana celular en su forma no disorciada (lipoflica) y posteriormente se disocian en el interior de la clula inhibiendo el transporte celular y la actividad enzimtica.- La mayora de los microorganismos crecen a pH entre 5 y 8, en general de hongos y las levaduras son capaces de crecer a pH ms bajos que las bacterias. Puesto que la acidificacin del interior celular conduce a la prdida del transporte de nutrientes, los microorganismos no pueden generar ms energa de mantenimiento y, a una velocidad variable segn las especies, se produce la muerte celular.6.- POTENCIAL REDOX.- Se piensa que el potencial redox es un importante factor selectivo en todos los ambientes, incluidos los alimentos, que probablemente influye en los tipos de microorganismos presentes y en su metabolismo. El potencial redox indica las relaciones de oxgeno de los microorganismos vivos y puede ser utilizado para especificar el ambiente en que un microorganismo es capaz de generar energa y sintetizar nuevas clulas sin recurrir al oxgeno molecular: los microorganismos aerobios requieren valores redox positivos y los anaerobios negativos. cada tipo de microorganismo slo puede vivir en un estrecho rango de valores redox.7.- ACIDOS ORGANICOS.- La actividad antimicrobiana de un cido orgnico o de su ster se debe a las molculas no disociadas de este compuesto, porque esta forma molecular es la ms soluble en las membranas celulares, por esto slo los cidos orgnicos lipoflicos tienen actividad antimicrobiana.- Estos compuesto inhiben el crecimiento de los microorganismos o los matan por interferir con la permeabilidad de la membrana celular al producir un desacoplamiento del transporte de substratos y el transporte de electrones de la forforilacin oxiclativa. como consecuencia de esto las bacterias no pueden obtener energa y mueren.- La mayoras de los cidos orgnicos resultan poco eficaces como nhibidores del crecimiento bacteriano a los pH de 5.5 a 5.8, y son ms eficaces a altas concentraciones y pH ms bajos. (Cuando el estado disociado del cido es ms infrecuente). Su empleo ms frecuente es como micostticos.- De todos los cidos el ms efectivo es el actico.8.- SALES DE CURADO Y SUBSTANCIAS ANALOGAS.- Las sales de curado son el cloruro sdico y los nitratos o nitritos de sodio y potasio; estos productos modifican el alimento base en el color, aromas, textura y sensibilidad al crecimiento microbiano.- A las concentraciones y bajo las condiciones corrientemente utilizadas, los agentes de curado no causan una destruccin microbiana rpida; ms bien retrasan o previenen el desarrollo de los microorganismos perjudiciales de los productos sin tratar por el calor y el de los termotolerantes no esporulados y evitan el desarrollo de las esporas que sobreviven al tratamiento trmico ms drstico aplicado a ciertos productos curados.- Se desconoce el mecanismos excto de la inhibicin de las bacterias por el nitrito que, aunque no previene la germinacin de las esporas, evita su desarrollo.9.- GASES COMO CONSERVADORES.- Diversos gases y vapores naturales o artificiales destruyen o inhiben los microorganismos. El nitrgeno y el oxgeno se usan con frecuencia en el envasado y almacenamiento de los alimentos pero su fin primario no es la inhibicin de los microorganismos; diversos gases son poderosos biocidas y se han utilizado con xito en la desinfeccin de hospitales, establos y compartimentos de barcos o como fumigantes del suelo, pero no se han aplicado a los alimentos.- El CO2 inhibe el crecimiento de microorganismos sobre los alimentos con eficiencia creciente cuanto ms desciende la temperatura. Este efecto se manifiesta tanto en bacterias como en hongos por un incremento de la fase de latencia y del tiempo de generacin durante la fase logartmica. Su mecanismos de inhibicin no se conoce con claridad, aunque se debe a la presencia del CO2 (y quiz a la formacin de cido carbnico) y no a la ausencia de oxgeno. Los mohos y las levaduras son alga ms resistentes al CO2 que las bacterias (las Gram-negativas ms sensibles que las Gram-positivas).- La actividad antimicrobiana del dixido de azufre est relacionada con la forma molecular no ionizadas: no se conoce un modo de accin, aunque este gas es muy reactivo y probablemente interacciona con muchos componente celulares. Su accin txica es selectiva: las bacterias son ms resistentes que los mohos y las levaduras, por la que este gas se emplea frecuentemente como antifngico.- El xido de etileno resulta muy txico para los microorganismos y su actividad est relacionada con su accin como agente alquilante. Los mohos y levaduras son ms sensibles que las bacterias y estas que las esporas.