Ecología Microbiana de los Alimentos

Dr.C. René Tejedor AriasProfesor Titular

Instituto de Farmacia y AlimentosUniversidad de La Habana

Factores implícitos (microorganismo)

Factores intrínsecos Factores extrínsecos

(alimento) (medio ambiente)

Tratamientos tecnológicos

Velocidad específica de crecimiento

Antagonismo Sinergismo

Tiempo = 0 minutos:1 célula bacteriana

Tiempo = 20 minutos:2 células bacterianas

Tiempo = 40 minutos:4 células bacterianas

Salmonella spp.

Time (Hours )

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25

log

(CF

U/m

l)

dx/dt = µx

donde: µ= velocidad específica de crecimiento

ln X/Xo= µt cuando x = 2xo

tg = ln 2/µ = 0,693/µ donde tg= tiempo de generación

Ej. 1 bacteria con tg =20 min ……… µ=2,1 h

107 células en 8 horas

Alimentos

Asociaciones microbianas

Antagonismo Sinergismo

1,00E+011,00E+021,00E+031,00E+041,00E+051,00E+06

1,00E+071,00E+081,00E+091,00E+101,00E+11

0 4 8 12 16 20 24

Tiempo ( horas )

Lo

g U

FC

/ M

L

E.Coli E.coli + LBC81

Inhibición de E. coli por Lactobacillus casei LBC81.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 1 2 3 4 5 6

Tiempo (horas)

Acid

ez (

% á

cid

o lácti

co

)

acidez bif-cacidez bifacidez casei

tc = 5 htc = 4.15 h

tc = 4.40 h

B ácido fólico C piruvato

awpHPotencial redox (Eh)Composición del alimentoEstructuras biológicasSustancias antimicrobianas naturales

Rango aw m.o. inhibidos por el valor inferior de aw

Ej. alimentos con esos valores de aw

1.00_ 0.95 Bacilos Gram (-), Esporas bacterianas, algunas Levaduras

Alimentos con 40% azúcar o 7% de sal (embutidos cocidos)

0.95_0.91 > Cocos, Lactobacillus, células vegetativas de la familia Bacillaceae, algunos Hongos

55% azúcar o 12% sal (jamón seco, queso de mediana maduración)

0.91_0.87 Mayoría Levaduras 65% sacarosa (saturados), 15% sal Ej. salami, queso madurado

0.87_0.80 > Hongos, Staphylococcus aureus

Harina, arroz (15_17% agua), leche condensada azucarada

0.80_0.75 > Bacterias halofílicas Alimentos 26% sal (saturados), jaleas, mermeladas

0.75_0.65 Hongos xerofílicos Avena (10% agua)

0.65_0.60 Levaduras osmofílicas Frutas disecadas (15_20% agua), caramelos 8% agua

A la que corrientemente se presentan bacterias causantes de alteración, por Ej. Pseudomonas fluorescensBacterias responsables de ETAs, Ej: Cl. botulinum Staphylococcus aureus

Levaduras alterantes corrientes, Ej. Candida spp.Mohos alterantes corrientes, Ej. Alternaria curiBacterias halofílicas, Ej. HalobacteriumMohos xerófilos, Ej. Aspergillus echinulatusLevaduras osmofílicas, Ej. Saccharomyces rouxii

0.97

0.950.86

0.880.800.750.650.62

Bacterias: 6.0 - 8.0Levaduras: 4.5 - 6.0Mohos: 3.5 - 4.0

Excepciones importantes en Microbiología de Alimentos: Bacterias ácido lácticas y acéticas (pH opt.= 5.0 - 6.0)

> alimentos: ligeramente ácidos

Hortalizas (pH lig. ácido): Bacterias productoras de putrefacción blanda (Erwinia y Pseudomonas)

Frutas (pH más bajo): Alteración por Mohos y Levaduras Alteración del Pescado (pH 6.2_6.5) > Carne (pH 5.6) Ej. Alteromonas (Shewanella) sensible al pH: alteración de pescados

en refrigeración; no aparece en carnes.

Conservación de alimentos …. Acido acético y láctico …… Adición o fermentación.

> alimentos la acidez se debe a ácidos orgánicos débiles, excepto bebidas refrescantes (H3PO4)

pH neutroHA A_ + H+

ATPADP

HA A_ + H+

Effect of apple cider pH (3.2, 3.5, 3.8, 4.1, 4.4, and 4.7) on the survival of E. coli O157:H7 in preservative treated apple cider (fumaric acid, 0.15%/sodium benzoate, 0.05%, w/v) during storage at 5 °C. Initial pH of the apple cider was3.5. pH after addition of the preservatives was 3.2. pH was adjusted to 3.5, 3.8, 4.1, 4.4, and 4.7 using a 10 M NaOH solution. Solid line represents initial inoculum level (7.0 log CFU/mL); dashed line represents 5 log reduction of E. coli O157:H7.

Chikthimmah y col. JFS 68:4, (2003)

Eh en un alimento es resultado de:

Pares redox presentes Proporción del oxidante

respecto al reductor pH Disponibilidad de oxígeno Actividad microbiana

½ O2 / H2O + 820

Fe 3+ / Fe 2+ + 760

Ácido dehidroascórbico/ Ácido ascórbico

+ 80

Piruvato / Lactato _ 190

Glutatión oxidado / Glutatión reducido

_ 230

En zumos de frutas (pH muy bajos)…. Alto Eh

Por cada unidad que baje el pH aumenta el Eh 58 mV

Eh aumenta con troceado, molido

Eh disminuye con envasado al vacío

Crecimiento microbiano …..agotamiento de O2 y producción de compuestos reductores, Ej. H2

Aerobios (Alto Eh +): Superficie de alimentos o zonas de fácil utilización del O2.

Ej. Pseudomonas fluorescens (+ 100 y + 500), Bacilos Gram (-) oxidativos (mucus superficial en carnes), Bacillus subtilis (-100 a +135) viscosidad en panes, Acetobacter en superficie de bebidas alcohólicas, Mohos en diferentes alimentos.

Anaerobios estrictos (Eh -): Profundidad de tejidos, envasados al vacío, estofados de carne.

Ej. Clostridios (alteraciones de quesos y enlatados, ETAs)

Anaerobios facultativos: Crecen en presencia o ausencia de O2.

Ej. Coliformes

Aerotolerantes: Incapaces de respiración aerobia, pueden crecer en presencia de aire (mecanismo/ destruir el superóxido)

Ej. Bacterias ácido lácticas.

La exigencia de los m.o. por los nutrientes es variable. Algunos se vuelven más exigentes cuando crecen a T

más altas o a valores de aw más bajos.

Carbohidratos Lípidos Proteínas y péptidos Vitaminas Minerales

Todos los alimentos fueron en algún momento parte de organismos vivos (medios de protección vs infecciones)

Tegumento (piel, cáscara, vaina, corteza, etc.):

macromoléculas resistentes a la

degradación y baja aw

falta de nutrientes asequiblescomponentes antimicrobianos

(Ej. AG de cadena corta en la piel de animales o aceites esenciales en las plantas).

Alimentos de origen vegetal: aceites esenciales, taninos, glucósidos, glicoproteínas (lectinas)

Alimentos de origen animal: inmunoproteínas, lactenina, lisozima, avidina, propoleos (mieles)

En general los antimicrobianos naturales si bien poseen efectos microbicidas o microbiostaticos, no se consideran garantía de inocuidad.

Temperatura

Humedad

Atmósfera gaseosa

Microorganismos pueden crecer e/n -10 y 80 oC Zona de Peligro de la Temperatura = 4.4 -

60oC A -15oC cesa toda multiplicación microbiana. Crecimiento ocurre en un rango de T (T mínima,

T máxima y T óptima) Bajas T: Respuesta ….. aumento AGI membrana

para mantener la fluidez (<pto. fusión) Altas T: Desnaturalización de proteínas. ruptura

membranaEn Microbiología de los Alimentos mayor importancia:

Mesófilos y Psicrótrofos.

Tipo T mín T ópt T máx

Psicrófilos -15 10 a 15 18 a 20

Mesófilos 10 30 a 37 45

Termófilos 25 a 42 42 a 80 60 a 85

Psicrótrofos -5 a 5 20 a 30 35 a 40

Effect of storage temperatures (5, 15, and 25 °C) on the survival of E. coli O157:H7 in preservative treated apple cider (fumaric acid, 0.15% / sodium benzoate, 0.05%, w/v). Initial pH of the apple cider was 3.5. pH after addition of the preservatives was 3.2. Solid line represents initial inoculum level (6.4 log CFU/mL); dashed line represents a 5 log CFU/mL reduction of E. coli O157:H7. Error bars represent standard errors of the means.

Chikthimmah y col. JFS 68:4, (2003)

Humedad Actividad de Agua (aw)

21% de O2 en la atmósfera Eh del alimento

CO2 Inhibición de m.o.

Envasado de alimentos en Aguas minerales carbonatadas,

atmósferas modificadas Refrescos, Cervezas

Sensibilidad al CO2: Mohos y bacterias Gram neg.oxidativas

Resistencia al CO2: Gram +. Especialmente Lactobacillus y algunas levaduras (Brettanomyces sp…. alteración de bebidas carbonatadas)