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Baeza, R. ; Rossler, C. E. ; Mielnicki, D. M. ; Zamora, M. C. ;
Chirife, J.
Predicción del crecimiento de Staphylococcus aureus
en un alimento cárnico dejado a temperatura
ambiente por varias horas : aplicación a varias
ciudades argentinas de climas cálidos
Documento de Investigación
Facultad de Ciencias Agrarias
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Cómo citar el documento:
Baeza, R., Rossler, C. E., Mielnicki, D. M., Zamora, M. C. y Chirife, J. (2010), Predicción del crecimiento de
Staphylococcus aureus en un alimento cárnico dejado a temperatura ambiente por varias horas : aplicación a varias
ciudades argentinas de climas cálidos [en línea]. Proyecto de Investigación. Universidad Católica Argentina. Facultad
de Ciencias Agrarias.
Disponible en: http://bibliotecadigital.uca.edu.ar/repositorio/investigacion/prediccion-crecimiento-de-staphylococcusaureus.pdf [Fecha de consulta: ….........]
(Se recomienda indicar fecha de consulta al final de la cita. Ej: [Fecha de consulta: 19 de agosto de 2010]).
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VII Edición del PREMIO ArgenINTA a la Calidad Agroalimentaria :
Categoría 1: Investigación Básica y Aplicada en inocuidad y calidad
“Predicción del crecimiento de Staphylococcus aureus
en un alimento cárnico cocido dejado a temperatura
ambiente por varias horas : aplicación a varias ciudades
argentinas de climas cálidos”
(*)
R. Baeza, C.E. Rossler, D. M. Mielnicki, M.C. Zamora y J. Chirife
Facultad de Ciencias Agrarias, Pontificia Universidad Católica Argentina
Capitán General Ramón Freire 183, Ciudad de Buenos Aires
(*) email : [email protected]
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1) RESUMEN EJECUTIVO
La intoxicación alimentaria causada por Staphylococcus aureus se debe a la
ingestión de alimentos contaminados que contienen las enterotoxinas producidas por
algunas cepas de la bacteria. La aparición de los síntomas de esta intoxicación es
usualmente rápida y en la mayoría de los casos severa, dependiendo de la susceptibilidad
individual a la toxina, de la cantidad de alimentos contaminados ingeridos, de la cantidad
de toxinas presentes en los alimentos consumidos y de la salud general del huésped. Los
síntomas más comunes son náuseas, vómitos, arcadas, calambres abdominales y
postración.
La venta callejera de alimentos es una práctica habitual en casi todo el mundo. La
Comisión FAO/OMS del Codex Alimentarius define los "alimentos de venta callejera"
como alimentos listos para el consumo preparados y/o comercializados por vendedores
fijos o ambulantes especialmente en las calles y otros lugares públicos similares. Aunque
esos alimentos son una fuente importante de nutrientes de bajo costo, listos para el
consumo para la población urbana de pocos recursos, los riesgos sanitarios que conllevan
esos alimentos pueden contrarrestar sus beneficios.
En el presente trabajo se utilizó un método simplificado para predecir la velocidad
de crecimiento de la bacteria S. aureus en un alimento contaminado de carne cocida
cuando se deja por varias horas a temperatura ambiente diurna (“abuso” de temperatura).
Para la predicción se combinaron datos meteorológicos de la evolución de la temperatura
ambiente en un día caluroso de enero, en varias ciudades de la Argentina, con datos
experimentales de literatura sobre tiempos de generación y tiempo lag del S. aureus
inoculado en un alimento cárnico cocido.
Las predicciones se hicieron utilizando perfiles de temperatura ambiente
característicos de las ciudades de, Buenos Aires, Córdoba, Formosa, La Rioja, Posadas,
Resistencia, San Juan, San Luis y Santiago del Estero. Los resultados permitieron estimar
el tiempo necesario para que dicho alimento cárnico contaminado con S. aureus alcance
valores compatibles con la producción de enterotoxina, cuando se deja a temperatura
ambiente en período diurno en época de verano.
Los resultados obtenidos mostraron que para que la predicción sea exacta, se
debe utilizar el perfil diario de la temperatura (p.e. mediciones de temperatura cada hora)
a lo largo del período diurno considerado, ya que el uso de un valor promedio de la
temperatura ambiente diaria sobreestima el tiempo calculado a causa del enfriamiento
nocturno.
Los resultados son de particular interés en relación a la inocuidad de los alimentos
que se comercializan en la venta callejera de alimentos, los cuales se pueden contaminar
con S. aureus y generalmente permanecen a temperatura ambiente por varias horas.
También permiten estimar y comparar el tiempo para el crecimiento de la bacteria en
diferentes ciudades cálidas de la Argentina ; por ejemplo para que el recuento de S.
aureus en el alimento considerado se incremente tres ciclos log ( a partir de la
terminación del período lag) en un día típico de enero (mes más cálido de la Argentina),
es de 3,7 horas en la ciudad de La Rioja y de 5,4 horas en Buenos Aires.
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2) JUSTIFICACION DEL TRABAJO
El Staphylococcus aureus es una bacteria capaz de producir una toxina estable al
calor que causa enfermedad en los humanos. La intoxicación se produce por ingestión de
enterotoxinas producidas en el alimento por S. aureus, usualmente a causa de que el
alimento se dejó a temperatura ambiente por períodos considerables (Walls & Scott,
1997). Los alimentos que requieren mucha manipulación durante la preparación y se
mantienen a temperatura ambiente son los que usualmente están involucrados en este
tipo de intoxicación. El-Sherbeeny et al. (1985) determinaron el perfil microbiológico de
alimentos listos para el consumo obtenidos de vendedores callejeros en Egipto a lo largo
de 3 años. Las 114 muestras de de alimentos analizados incluían carne, vísceras
bovinas, pescado, arroz, y platos preparados conteniendo arroz, vegetales y ensaladas,
macarrón, leche, queso, etc. El 41% de las muestras analizadas para Staphylococcus
aureus fueron positivas y el 51 % de ellas tenían recuentos igual ó superior a 1.000
ufc/gramo. Muleta y Ashenafi (2001) estudiaron el perfil bacteriológico y la temperatura
de almacenamiento de un total de 150 muestras de alimentos de venta callejera en Addis
Ababa. Las muestras se almacenaron en el rango de 15.5 a 34.5 °C y de un total de
1542 cepas bacterianas aisladas, Staphylococcus representó el 22.8%.
S. aureus puede crecer en un amplio rango de temperaturas (7 a 40°C) con un
óptimo de 35 a 37° C, rango que puede ser frecuente en climas cálidos. La toxina
producida por esta bacteria es muy estable al calor y no se destruye por los
procedimientos culinarios habituales. La venta de alimentos en las calles está muy
difundida en varios países de América Latina y aunque satisfaga la obtención de comidas
rápidas y de bajo precio, las condiciones higiénicas en la preparación, almacenamiento y
venta de estos alimentos, constituyen una amenaza a la inocuidad de los mismos.
Aunque los microorganismos patógenos que se han detectado en alimentos vendidos en
las calles no difieren de los encontrados en las comidas preparadas y servidas en
establecimientos cerrados, los problemas potenciales son mayores y más frecuentes. La
World Health Organization (WHO, 1996) realizó una encuesta en más de 100 países para
evaluar la situación respecto a la venta callejera de alimentos. La mayoría de los países
informaron que la contaminación del alimento y abuso de condiciones de tiempo/
temperatura eran los factores que más contribuían a las enfermedades transmitidas por
este tipo de alimentos. Existen además numerosos tipos de alimentos cocidos que se
mantienen en vitrinas de restaurants y negocios de comidas preparadas por varios horas
sin refrigeración, siendo las carnes cocidas, el jamón, los productos que contienen
huevo, pollo, papa, ensaladas de fideos, tartas de vegetales y carnes, buenos sustratos
para que S. aureus bacteria crezca y produzca la toxina.
En la venta callejera de alimentos, éstos se suelen preparar a menudo en
condiciones poco higiénicas y se mantienen por largos períodos a temperatura ambiente,
por lo que el tiempo transcurrido entre la preparación y su consumo es un factor
importante en relación a la inocuidad de los mismos. Por ejemplo, los vendedores
callejeros suelen cocinar el alimento a la mañana y lo mantienen a temperatura ambiente
por la mayor parte del día (Mensah et al., 2002). Es importante reconocer que el término
“temperatura ambiente” es muy vago e impreciso, dado que la temperatura diaria nunca
es constante y los productos alimenticios se ven expuestos a una temperatura que
cambia continuamente a lo largo del día. En general los estudios para evaluar el riesgo
para este tipo de situación se realizan a una temperatura constante que se identifica con
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alguna temperatura “promedio” del ambiente. Sin embargo, este procedimiento puede no
reflejar adecuadamente el perfil real de temperatura a la cual la bacteria es expuesta en
un dado período del día (por ej. en períodos diurnos).
El propósito del presente trabajo es estimar el grado de crecimiento de S. aureus,
en un alimento en base a carne cocida, que se deja varias horas a temperatura ambiente
durante el período diurno y en climas cálidos típicos de varias ciudades de la Argentina.
En todos los casos se considera el mes de enero que es el más caluroso del año en la
Argentina. Además se comparan las predicciones que se obtienen según se utilice el perfil
real de temperatura (temperatura/ tiempo) ambiente a la que se ve sometido el alimento, o
un valor promedio de la temperatura ambiente diaria.
3) RESULTADOS
Análisis de los datos de temperatura ambiente
La Tabla 1 muestra la ubicación geográfica de las ciudades argentinas
seleccionadas, Buenos Aires, Córdoba, Formosa, La Rioja, Posadas, Resistencia, San
Juan, San Luis y Santiago del Estero; la Tabla muestra también la temperatura ambiente
media para el mes de enero (mes más caliente del verano) en Argentina para la década
1981-1990. Se puede observar que las temperaturas medias de enero están entre 24 y
27ºC para las diferentes locaciones geográficas seleccionadas. Estos datos se obtuvieron
del Servicio Meteorológico Nacional que utiliza estaciones convencionales de medición de
temperatura para monitorear la temperatura ambiente. También se obtuvieron registros de
la temperatura ambiente horaria (24 medidas por día) para un dado día del mes de enero
(9 de enero del 2006) en las ciudades elegidas.
La Fig. 1 muestra los perfiles de temperatura en las ciudades mencionadas.
A los efectos del presente trabajo consideramos que el alimento de carne cocida se
preparó y contaminó temprano en la mañana (8:00 am) y luego se almacenó a
temperatura ambiente durante el día hasta que se consumía. Tal como se muestra en la
Fig. 1, a las 8:00 am la temperatura en las ciudades seleccionadas estaba en el rango de
25 a 30°C ; luego aumentaban lentamente y permanecían varias horas a 35-40 ºC para
luego decrecer al caer la tarde y hacia la noche. Es de hacer notar que el mencionado
rango (35-40°C) está muy cercano a la temperatura óptima de crecimiento de S. aureus.
Cinética del crecimiento de S. aureus en una tarta cárnica almacenada a
temperatura constante
La ICMSF (1996) reportó el tiempo de generación (GT) y la duración de la fase lag
de S. aureus inoculado (recuento 3 ciclos log/gr) en una tarta cocida elaborada en base a
carne de pH 5.8 y actividad de agua 0.98, almacenada a varias temperaturas constantes.
La Fig. 2 muestra la correlación de esos parámetros, tiempo lag y GT con la temperatura
en el rango de interés de este trabajo. Se puede observar que el tiempo lag (Fig. 2a)
decrece rápidamente al aumentar la temperatura acercándose a un valor asintótico por
arriba de aproximadamente 25°C. El tiempo de generación también decrece al aumentar
la temperatura. (Fig. 2b) estando ambos comportamientos de acuerdo con lo esperado
(Zwietering et al., 1994).
A los efectos de este trabajo se hicieron estimaciones del crecimiento de S. aureus
utilizando un enfoque simplificado. El mismo consiste en el uso de la bien conocida
relación entre el número de células bacterianas a un tiempo dado (Nt), el número original
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de células (No), GT, y tiempo (t)
Nt = No .
2 t/GT
ecuación (1)
donde (t) representa en este caso el tiempo transcurrido luego de completada la fase lag.
A los efectos de las predicciones de crecimiento en la tarta de carne, (No) se toma como
3 ciclos logarítmicos (valor del inóculo) y el tiempo de duración de la fase lag adquiere el
valor de 3 horas ya que ya que por arriba de 25°C el mismo es constante (Fig. 2 a).
La aplicación de la ecuación (1) es válida sólo para predicciones en la fase de
crecimiento exponencial ; en el presente trabajo el mayor valor predicho de S. aurreus se
limita a 106 ufc/gr, el cual se encuentra dentro de la fase de crecimiento exponencial.
GT se correlacionó empíricamente con la temperatura (en el rango de 25 a 42 ºC) por la
siguiente ecuación obtenida a partir del ajuste de datos que se muestran en la Fig. 2b,
GT = -0.0185. T3 + 2.1314. T2 – 82.205 . T + 1083.5
ecuación (2)
donde T es temperatura en ºC.
Se supone que la tarta cárnica cocida se contaminó a las 8:00 am. , por lo cual se
tomó 3 horas como tiempo lag ya que éste valor corresponde al rango de temperatura
ambiente en todas las ciudades estudiadas a esa hora de la mañana (Fig.1).
El crecimiento de S. aureus expuesto a temperaturas ambientes cambiantes se
calculó (ecuación. 1) por medio de la suma acumulada de varios intervalos de una hora
dentro del intervalo de tiempo total considerado. GT se evaluó (ecuación. 2) a la
temperatura media de cada intervalo de 1 hora. Los cálculos de crecimiento acumulativo
se dieron por terminados cuando la población de S aureus (Nt) alcanzaba 106 ufc/gr, el
cual es un recuento asociado generalmente con la producción de la enterotoxina. El
número exacto de S. aureus que se requiere para producir enfermedad no puede ser
predicho con absoluta certeza a causa de que muchas variables pueden afectar la
cantidad de enterotoxina producida en un alimento contaminado. Stewart et al. (2003)
indicaron que la dosis de enterotoxina para causar enfermedad se alcanza cuando la
población de S. aureus es mayor que 105 UFC/gr. Niskanen and Nurmi (1976) reportaron
que contaminaciones de S. aureus por encima de 2 .10 6 UFC/ gr estaban asociadas con
la producción de enterotoxinas en salchichas semisecas ; Walls and Scot (1997)
encontraron que la toxina no se producía en un producto cárnico cocido (pH 5.6 y aw
0.98, incubado a 35°) hasta que el recuento fuera superior a 1.2 . 106 ufc/gr. A los efectos
de las predicciones del presente trabajo es entonces razonable tomar como 1. 10 6 ufc/gr
la cantidad de células a partir de la cual se puede suponer la presencia de enterotoxina.
La microbiología predictiva comprende el uso de modelos matemáticos para
predecir el crecimiento, supervivencia e inactivación de los microorganismos a diferentes
condiciones de estrés. Por ejemplo, se han usado funciones sigmoideas para predecir
con exactitud la típica curva de crecimiento microbiano desde el período lag hasta la fase
estacionaria (Baranyi & Roberts, 1995; Gibson et al.,1988; Ratkowsky et al.,1983;
Zwietering et al., 1990). Esos modelos fueron generalmente desarrollados bajo
“condiciones estáticas” lo cual significa que las velocidades de crecimiento y tiempos lag
se midieron a valores constantes de temperatura.
Un aspecto de mucha importancia para la microbiología predictiva es estimar el
crecimiento bajo condiciones de temperatura cambiante (ICMSF , 1996) como sería el
caso en la venta callejera de alimentos. Shaw (1967) y otros autores (Baranyi & Roberts,
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1995; Baranyi et al., 1995; Mitchell et al., 1994) han reportado trabajos sobre el efecto
de temperaturas fluctuantes en el crecimiento microbiano. Dependiendo de la magnitud
del cambio de temperatura el microorganismo puede modificar su velocidad de
crecimiento a otra velocidad a la nueva temperatura, o puede parar de crecer si se
introduce una fase lag. Langeveld y Cuperus (1980) encontraron que las bacterias que
están dentro de la fase de crecimiento exponencial responden rápidamente a un cambio
de la temperatura ambiente. Zwietering et al. (1994) también mostraron que los cambios
durante la fase de crecimiento exponencial (en un rango moderado de temperatura)
conducen en forma inmediata a una nueva velocidad de crecimiento asociada a la nueva
temperatura. Sin embargo, es de hacer notar que cambios hacia o desde temperaturas
bajas suelen resultar en un periodo de adaptación de la bacteria.
En el presente trabajo se considera que las células de S. aureus expuestas a
temperaturas ambientes que cambian continuamente durante períodos diurnos (Fig. 1), se
adaptan continuamente a una nueva velocidad de crecimiento característica de la nueva
temperatura. Esta suposición se basa en dos hechos importantes : a) los cambios de
temperatura ambiente ocurren en un rango que está cercano al óptimo de crecimiento de
S. aureus y , b) la velocidad de incremento de la temperatura diurna es bajo ya que está
comprendida entre 1 y 2 °C /hora para todas las ciudades argentinas estudiadas en este
trabajo, tal como se puede determinar a partir de los datos que se muestran en la Fig. 1.
Estos factores indican que se puede descartar la existencia de un shock de
temperatura de calor o baja temperatura que pueda afectar a las células bacterianas; por
otra parte, los cambios en la temperatura ambiente considerados en este trabajo están
muy lejos de la temperatura mínima (7-8°C) para el crecimiento de S. aureus.
La Tabla 2 muestra el cálculo del tiempo necesario para que se produzca un
incremento de 3 ciclos log (partiendo de una contaminación de 103 ufc/gr) en el recuento
de S. aureus en la tarta de carne cocida, utilizando diferentes enfoques para la
especificación de la “ temperatura ambiente”. A saber, 1) perfil temperatura/tiempo
(temperatura cada hora) dentro de un período diurno para el día 9 de enero del 2006 ;
2) usando la temperatura media del 9 de enero del 2006 ; y 3) utilizando la temperatura
media del mes de enero para la década 1981-1990.
Se puede apreciar que los tiempos para el incremento de 3 ciclos log (a contar
desde un tiempo lag de 3 horas) son considerablemente más cortos cuando se considera
el perfil (temperatura/tiempo) de la temperatura ambiente del día especificado (9 de enero
del 2006), que cuando se usa simplemente la temperatura media de dicho día, lo cual se
debe al enfriamiento nocturno. El uso de la temperatura media del mes de enero para la
década 1980-1990 también conduce a una sobreestimación aún mayor de los valores
actuales. Es interesante destacar que para que el recuento de S. aureus se incremente
tres ciclos log va desde 3,7 horas para La Rioja hasta 5,4 horas en Buenos Aires. El
tiempo total para que el recuento de S. aureus alcance 106 ufc/gr se calcula sumando el
tiempo lag de 3 horas (que es igual para todas las provincias) al tiempo de crecimiento
exponencial. Así resulta que los tiempos totales para que el alimento contaminado con
1000 ufc/gr a las 8:00 am alcance un recuento asociado con la producción de
enterotoxina están entre 6.7 horas (La Rioja) a 8.4 horas (Buenos Aires), cuando se
consideran los perfiles temperatura/tiempo para el día considerado (9 de enero del 2006).
Si hubiéramos tomado la temperatura media del día mencionado el rango predicho estaría
entre 8.0 horas (La Rioja) y 10.2 horas (Buenos Aires); es así que la utilización de la
temperatura media diaria sobreestima las predicciones de tiempo de crecimiento.
La Fig. 3 compara en forma gráfica los tiempos de crecimiento predichos utilizando
la temperatura actual diaria (perfil temperatura/tiempo), la temperatura media del día o el
promedio de la década para el mes de enero.
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4) CONCLUSIONES
Las predicciones realizadas en este trabajo, utilizando datos experimentales de
velocidad de crecimiento de S. aureus en una tarta cocida de carne, indican claramente
que para estimar el crecimiento de S. aureus en un alimento contaminado dejado a
temperatura ambiente en períodos diurnos, no se deben utilizar los valores de
temperatura media diaria sino los perfiles temperatura/tiempo a lo largo del período
considerado. Esto se debe al enfriamiento nocturno y se verificó con predicciones hechas
usando datos de perfiles de temperatura en período diurno ó valores medios para el día,
a partir de registros del Servicio Meteorológico Nacional para 9 ciudades argentinas
(Buenos Aires, Córdoba, Formosa, La Rioja, Posadas, Resistencia, San Juan, San Luis y
Santiago del Estero.
Esta conclusión es de mucha importancia a fin de estimar el riesgo microbiológico
(pérdida de inocuidad) asociado con la venta callejera de alimentos que una vez
preparados se suelen dejar durante varias horas a temperatura ambiente en período
diurno antes de que sean consumidos.
Agradecimientos
Se agradece la colaboración del PEPACG, UCA, CONICET
5) REFERENCIAS
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