Sustancias anti microbianas
Algunos alimentos contienen sustancias que poseen actividad antimicrobiana, algunas especies de plantas contienen aceites esenciales con notable poder antimicrobiano. Ejemplo: eugenol en el clavo, la alicina en el ajo, aldehído cinámico y eugenol en la canela, el timol en la salvia, y carvacrol y timol en el orégano.
Los huevos contienen lisozima, también la leche, esta enzima junto con la con albúmina proporciona a los huevos un sistema antimicrobiano medianamente eficaz.
Muchas sustancias antimicrobianas (en especial las que tienen una parte proteica) pueden quedar no funcionales después de someter al alimento a un tratamiento térmico.
(Sistema lactoperoxidasa: es un sistema inhibidor que existe de modo natural en la leche bovina cpm 3 componentes: lactoperoxidasa, tiocianato y H2O2, las cantidades de los dos últimos deben aumentarse (añadiéndolos) para que tenga un efecto inhibidor importante, esto resulta de gran utilidad en países en los que la refrigeración no es corriente).
Estructuras biológicas
La cubierta natural de algunos alimentos proporciona una excelente protección contra la entrada y el daño que producen los microorganismos alteradores.
Son estructuras como la cubierta externa de las frutas, la piel de los animales, las cáscaras de los huevos, en el caso de algunos frutos como la nuez o las avellanas, la cáscara es suficiente para evitar la entrada de todos los organismos.
Evidentemente, una vez rota la cáscara, la pulpa de los frutos están sometidos a la alteración por mohos. Las frutas y hortalizas con cubierta dañada se alteran con mucha mayor rapidez que las que la tienen intacta.
Sustancias anti microbianas-2
PARÁMETROS EXTRÍNSECOS:
Son los factores ambientales que rodean al alimento:
- Temperatura
- Oxígeno
- Presión
Son factores habitualmente utilizados para conservar los alimentos (proporcionando parámetros extrínsecos contrarios a la proliferación de los microorganismos).
Sustancias anti microbianas-3
CURVA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO
El crecimiento microbiano consta de las siguientes fases:
a) Fase de latencia
Es el tiempo necesario para que la bacteria se adapte a las condiciones del medio, si encuentra las fuentes de nutrientes necesarias, con adecuadas condiciones ambientales (temperatura, agua, presión), entrará en la fase de crecimiento exponencial.
b) Fase de crecimiento exponencial
Una vez adaptadas al medio, cada una de las células madre producen 2 células hijas. La tasa de crecimiento o tiempo de generación es distinta para cada microorganismo.
El tiempo de generación es el tiempo que tarda una población en duplicarse. Ej. para Salmonella el tiempo de generación es de 20-30 min. Para uso industrial, son más interesantes los que tienen un tiempo de generación lo más corto posible.
El crecimiento exponencial se para, mayoritariamente, por agotamiento de nutrientes en el medio, entonces el cultivo entra en la fase estacionaria.
c) Fase estacionaria
No hay crecimiento, la población se mantiene, pero no se multiplica, normalmente por agotamiento de los nutrientes del medio.
d) Fase de muerte o lisis celular
Las células mueren, fundamentalmente debido a la acumulación de metabolitos tóxicos derivados de su metabolismo.
MICROBIOLOGIA APLICADA A LA ALIMENTACIÓN
Se pueden dividir los microorganismos según su efecto:
Alteradores:
Cualquier microorganismo que pueda desarrollarse en el alimento será alterador del mismo, lo utilizará como sustrato, acidificándolos, producirá sustancias que darán olores y sabores característicos.
Los microorganismos alteradores necesitarán entre otras cosas, una determinada atmósfera (oxígeno si el organismo es aerobio), pH en el que se pueda desarrollarse (los alimentos ácidos presentan mayor resistencia a ser colonizados por los microorganismos), humedad (los microorganismos necesitan una mayor actividad del agua (agua disponible (no ligada a estructuras)) para poder sobrevivir y multiplicarse.
En cuanto a las necesidades nutricionales, los alimentos de origen animal representan un sustrato óptimo para el crecimiento microbiano.
ALTERACIONES SEGÚN EL TIPO DE ALIMENTO:
CARNES
Las carnes son los más perecederos de todos los alimentos importantes. Las carnes contienen en abundancia todos los nutrientes necesarios para el crecimiento de bacterias, levaduras y mohos, y estos organismos están en todas las carnes frescas (su cantidad y tipos específicos dependen del ambiente de matadero, procesado, higiene de los manipuladores, etc).
En principio la carne fresca contiene glucosa y otros azúcares simples suficientes para mantener unos 108 μorg/cm2, una vez agotados los azúcares pueden empezar a aparecer olores desagradables (por la utilización de aminoácidos como fuente de energía).
En la práctica totalidad de los casos, los olores y sabores desagradables aparecen solamente cuando empiezan a ser utilizados los aminoácidos (se liberan, SH2, NH3 y otros compuestos).
Las alteraciones de productos cárnicos elaborados son generalmente es de 3 tipos: viscosidad, agriado y enverdecimiento.
La alteración viscosa aparece en el exterior de las tripas, especialmente en las salchichas Frankfurt, que pueden llegar a formar una capa uniforme de mucílago gris. Las levaduras, las bacterias ácidolácticas y otros géneros pueden aislarse de este material mucilaginoso. La formación del mucílago generalmente está limitada a la parte exterior de la tripa.
La eliminación de este material con agua caliente deja el producto esencialmente sin modificar.
El agriado normalmente tiene lugar por debajo de la tripa, y se debe al crecimiento de lactobacilos, enterococos, y organismos relacionados.
El enverdecimiento puede ocurrir por dos causas, una es la exposición al aire a productos envasados al vacío (o con atmósfera modificada), se produce H2O2 que provoca un cambio en el pigmento que proporciona el color rojo-marrón, pasando a ser de color verdoso.
La otra causa es la producción de SH2 por parte de algunos microorganismos cuando el producto está aún envasado, éste último generalmente puede evitarse bajando el pH del producto.
El crecimiento de mohos no es corriente, pero puede aparecer cuando el resto de los organismos están inhibidos, por ejemplo, en superficies secas.
ALIMENTOS MARINOS
La contaminación microbiana se debe en gran parte al procesado y manipulación del pescado, marisco o molusco. Pero también contienen la carga propia normal, que variará según el entorno del animal. La presencia de escamas y el mucílago y la piel del pescado no impiden el crecimiento bacteriano.
Después de la captura, se ha visto que los pescados conservados en hielo son alterados invariablemente por bacterias, mientras que es más probable que los pescados salados y desecados experimenten alteración fúngica. Muchas bacterias que causan alteración son capaces de crecer bien entre 0 y 1ºC.
La parte más sensible del pescado es la región de las agallas. Los primeros signos de alteración organoléptica se pueden observar examinando las agallas para descubrir la presencia de olores desagradables. Si los pescados no son rápidamente eviscerados, las bacterias intestinales pueden sumarse al proceso de alteración.
HUEVOS
Los huevos recién puestos son estériles. Sin embargo, en poco tiempo, se pueden encontrar numerosos microorganismos en el exterior y, en condiciones apropiadas, pueden penetrar en los huevos y crecer, alterándolos.
La rapidez con la que los microorganismos entran en los huevos está relacionada con la temperatura de conservación, la edad de los huevos y con el nivel de contaminación.
La forma más habitual de alteración es la denominada podredumbre (las hay de varios colores, dependiendo del microorganismo responsable: verde, incoloras, negras, rojas).
La alteración por mohos es conocida con el nombre de moteado (se ven motas (del tamaño de la cabeza de un alfiler) mirando el huevo a trasluz). La entrada de los microorganismos se ve facilitada por la humedad elevada (favorece el crecimiento en la cáscara, para después migrar al interior).
FRUTAS, HORTALIZAS Y VERDURAS
Estos alimentos normalmente contienen cubiertas (especialmente en hortalizas y verduras) o tienen un pH (sobre todo en frutas) que inhiben la alteración por el crecimiento de gran número de microorganismos.
En el caso de hortalizas y verduras, si hay una rotura de las cubiertas, el crecimiento microbiano es facilitado e incluye tanto a mohos y levaduras como a bacterias. La inmensa mayoría de las alteraciones se produce después de la recolección.
En cambio, el pH de las frutas, resulta inhibitorio para la inmensa mayoría de las bacterias, siendo las levaduras y los mohos los microorganismos alteradores.
La podredumbre blanca bacteriana, causa la rotura de pectinas, proporcionando una consistencia blanda mohosa, a veces un mal olor y un aspecto empapado en agua (puede aparecer por ejemplo en pepinos o en la sandía).
Los hongos invaden con mucha facilidad productos marcados y dañados.
Con la excepción de las peras, que a veces padecen la podredumbre bacteriana, las frutas sufren la alteración de levaduras y mohos.
Generalmente la alteración empieza con la acción de las levaduras, que fermentan los azúcares que encuentran, generalmente crecen más rápidamente que los mohos, se cree que algunos mohos son dependientes de la acción de las levaduras, ya que pueden utilizar los alcoholes como fuente de energía.
PATÓGENOS:
hablaremos más adelante en el temario sobre microorganismos patógenos asociados a los alimentos. Considerando el alimento en buen estado, cada alimento tiene una flora microbiana, pero generalmente no es peligrosa para la salud, sin embargo, durante el procesado de alimentos hay innumerables pasos en los que se puede contaminar el alimento, pero generalmente se debe a la falta de higiene, durante el procesado, recolección, captura, y especialmente en la preparación del alimento.
El mantenimiento de la “cadena de frío”, el tratamiento térmico adecuado, y otros sistemas de conservación resultan indispensables para evitar las enfermedades ligadas al consumo de alimentos.
PROBIÓTICOS:
En el tema 2, repasaremos brevemente la importancia y relevancia que han adquirido últimamente estos microorganismos. Así como formas de incrementar su presencia en nuestro organismo.
Organismos FERMENTADORES
También llamados bioconservadores, los detallaremos a continuación.
Se utilizan desde la antigüedad más remota, la fermentación conlleva la acidificación del alimento, lo cual es un eficaz método de conservación y consigue alargar considerablemente la vida útil del alimento.
En muchas ocasiones, la adición de sal (que inhibe gran número de bacterias, entre ellas las patógenas), favorece el crecimiento de determinadas bacterias (es el caso de los productos fermentados con bacterias lácticas) ya presentes en el alimento fresco, este crecimiento acidifica el medio, con lo cual son muy pocas las bacterias que pueden crecer en el alimento, entre ellas principalmente las propias fermentadoras, los productos fermentados tienen unos tiempos adecuados, normalmente requieren la adición de más nutrientes para poder llegar a las características buscadas, y en muchos casos (industria, conservas), se procede en un punto concreto a un proceso de esterilización (calor) para parar el proceso y para alargar aún más la vida útil del alimento (se eliminan las formas vegetativas de los microorganismos).
PROCESOS DE FERMENTACIÓN
OBTENCIÓN DE ENERGÍA
Los organismos quimioheterotrofos son aquellos que utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono y energía. Estos organismos son los animales, protozoos, hongos y casi todas las bacterias. Las vías utilizadas por estos organismos para la obtención de energía se pueden dividir en 2 grupos:
1.- Respiración: cuando se utiliza el oxígeno o algún otro agente oxidante como aceptor terminal de electrones (tienen unos complejos enzimáticos llamados cadenas de electrones).
En la respiración aerobia el aceptor terminal es el oxígeno; en la anaerobia: Nitrato, Sulfato, etc. La oxidación es total, la materia orgánica se transforma en CO2 y H2O. Se obtiene toda la energía posible.2.- Fermentación: Se obtiene energía reduciendo y oxidando compuestos de los que dispone la célula. Sólo se produce una pequeña parte de la energía disponible, y los productos de las reacciones (como ác. acético o ác. láctico) son excretadas al medio.
El efecto Pasteur se produce en microorganismos capaces de realizar metabolismo fermentador y respiración aerobia (anaerobios facultativos). En presencia de O2 utilizan la respiración aerobia, pero pueden emplear la fermentación si no hay O2 libre en su medio ambiente.
Pasteur fue el primero en observar que el azúcar es convertido en alcohol y CO2 por levaduras en ausencia de aire, y que en presencia de aire se forma muy poco o nada de alcohol, siendo el CO2 el principal producto final de esta reacción aeróbica. Este efecto indica el mayor rendimiento energético de la respiración sobre la fermentación.
FERMENTACIÓN. Diferentes vías para fermentar la glucosa:
- Bacterias lácticas homofermentativas
- Bacterias lácticas heterofermentativas
- Otros (Propionilbacterium, Acetobacter)
FERMENTACIÓN LÁCTICA
Se produce en muchas bacterias (bacterias lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano.
Es responsable de la producción de productos lácteos acidificados como el yogurt, quesos, cuajada, crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.
Las bacterias HOMOLÁCTICAS obtienen sólo ácido láctico (2 moléculas de ácido láctico por cada glucosa).
Las bacterias HETEROLÁCTICAS obtienen (1 ácido láctico + 1 etanol + 1 CO2, por cada glucosa). Estas bacterias son más importantes que los homolácticos para producir componentes del sabor y del aroma característicos de los fermentados lácticos.
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Algunas bacterias, pero esencialmente las LEVADURAS obtienen (2 etanol + 2 CO2 por cada glucosa). La fermentación alcohólica es la base de las siguientes aplicaciones en la alimentación humana: pan, cerveza, vino y otras.
Otras bacterias importantes son las ACETOBACTERIAS (Acetobacter sp.) que utilizan el oxígeno para oxidar el etanol a ácido acético (CH3COOH). Este proceso se utiliza en la producción de vinagre o de sidra, pero es una reacción a evitar por ejemplo en los vinos.
Microbiología industrial
En la industria se hacen a gran escala procesos en muchos casos conocidos desde la antigüedad. A lo largo de la historia, se han podido aislar y conocer con detalle la mayoría de los procesos relacionados con la transformación de los alimentos debido a los microorganismos, la industria alimentaria impulsa hoy en día la investigación sobre cepas de microorganismos que mejoren la rentabilidad de los procesos.
Por ejemplo, muchas universidades utilizan la ingeniería genética para crear levaduras que tengan más tolerancia frente al alcohol que producen, de manera que puedan seguir fermentando a concentraciones de alcohol a los que hoy en día mueren por su efecto tóxico.
Hay dos grandes grupos de microorganismos utilizados en la producción de alimentos:
- Bacterias lácticas
- Hongos y levaduras
BACTERIAS LÁCTICAS
Pueden ser cocos o bacilos, todas son capaces de producir ácido láctico. No forman esporas, son inmóviles. Su hábitat natural es la leche y son también parte de la flora normal de boca e intestino. Tienen muchos requerimientos nutricionales (poca capacidad biosintética), crecen a pH ácido, la mayoría por debajo de 5 o incluso 4. Cuando crecen en la leche, bajan su pH, esto sirve para inhibir el crecimiento de putrefactores y patógenos.
Algunos de los géneros de bacterias lácticas son:
- Carnobacterium (2)
- Lactococcus (1)
- Lactobacillus (2*)
- Lactosphaera (2)
- Leuconostoc (2)
- Oenococcus (2)
- Pediococcus (1)
- Streptococcus (1)
- Vagococcus (1)
- Weissella (2)
(1): géneros homofermentadores
(2): géneros heterofermentadores
(2*): género con algunas especies heterofermentadoras
Las bacterias lácticas se utilizan para producir queso, yogur, charcutería, vegetales fermentados y algunos vinos (fermentación maloláctica).
HONGOS
Levaduras: Familia: Saccharomyces, Kluyveromyces, Zygosacharomyces, Torulaspora, Cándida.
Sacharomyces cerevisiae es el más conocido. Se utiliza para producir pan, cerveza, vino, sidra, etc. También es uno de los microorganismos que forman el Kefir (Saccharomyces kefir).
LEVADURA: Saccharomyces cerevisiae
De los hongos filamentosos más utilizados están algunos de los del género Penicillium. Antes de depositar los quesos en las cámaras de curación, se inoculan (se les añaden) una o varias especies de microorganismos para obtener el producto final. Ej. con esporas de Penicillim camemberti se elabora el queso camembert.
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Referencias:
https://www.ecdc.europa.eu/en/microbiology
https://e1.portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia1/unidad2/fermentacion/lactica
https://e1.portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia1/unidad2/fermentacion/alcoholica
https://microbiologyclass.com/lactic-acid-bacteria-lab/
http://blog.hiperbaric.com/hpp-seguridad-alimentaria-carnicos