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3 FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL
CRECIMIENTO, DESARROLLO Y REPRODUCCIÓN
DE MICROORGANISMOS.
ROSA MARIA FLORES MORENO
MICROAMBIENTE NATURAL
La producción de células en el ambiente es mucho menor que en
el laboratorio, debido a algunas características del medio
natural:
• Disponibilidad de nutrientes, suele ser baja.
• La distribución de dichos nutrientes a lo largo del hábitat
microbiano no suele ser uniforme.
• Salvo raras excepciones los microorganismos no se
encuentran en cultivos axénicos en los medios naturales, por
lo que deben competir por los nutrientes.
La alteración de los alimentos es un hecho
normal. Entre el 20% y el 30% de los alimentos
que se pierden es debido a los microorganismos.
Factores que influyen en el desarrollo microbiano
Factores intrínsecos: (Limitaciones del sustrato)
• Disponibilidad de nutrientes.
• Incidencia del pH.
• Potencial O/R
• Contenido de humedad (Actividad del agua)
• Componentes antimicrobianos
Factores extrínsecos: (limitaciones ambientales):
• Humedad relativa
• Temperatura
• Composición de la atmosfera
pH
La función del pH del medio o alimento es modificar el sistema
enzimático y el transporte de nutrientes en la célula microbiana.
Se ha de tener en cuenta que puede existir un cierto efecto
tampón, de manera que cuando un organismo crece en un
alimento, sus metabolitos pueden modificar el pH de éste.
Lactobacillus tolera mucho mejor este
factor cuando están involucrados los
ácidos cítrico, fosfórico y tartárico que
en presencia de ácido acético o láctico.
Las
patógenas
intestinales
se
desarrollan entre 4.2 y 8.7 mientras
que V. parahemoyticus toleran un
rango más amplio de pH (4.9 a 10.7)
Organismo
Margen de PH
Hongos
0 -11
Levaduras
1.5 – 8.8
Bacterias Gram
negativas
Margen muy
estrecho
Patógenos
Margen más
estrecho
En ambientes de pH bajo dominan bacterias fermentativas,
como las lácticas, las anaerobias y hongos que si bien son
neutrófilos como grupo, se favorecen en ambientes ácidos por
falta de competencia de las bacterias, los medios de cultivo se
acidifican con ácidos orgánicos, láctico, acético, ya que penetran
sin disociarse y dentro liberan los protones que alteran el pH
interno de las células.
Acidófilos: Intervalos de 2-5
Acidófilas obligadas: Thiobacillus y Archaeas
pH
Sulfolobus y Thermoplasma
Alcalófilos: intervalos de 10-11, Bacillus
Neutrófilos intervalos de 6-8
Actividad de agua (aw)
• Es el principal componente del protoplasma bacteriano; el medio
donde suceden las reacciones químicas y sus productos.
• La disponibilidad se mide por un parámetro denominado:
actividad de agua (aw) o potencial de agua. Valores normales
entre 0.90- 0.99.
• Es la relación del vapor de agua del alimento y la presión de
vapor del agua pura, que es 1.
AW = P vapor agua en alimento
P vapor agua pura
HR = AW x 100
• La mayoría de los patógenos
necesitan aW superiores a 0,9. Una
excepción es S.aureus, que puede
crecer con aW de 0,86. Con menos
de 0,7 de aW muy pocas podrán
crecer y muy concretas.
• Dependiendo de las características
de cada alimento tendremos unas
condiciones de AW. Los alimentos
frescos tiene una Aw de 0,98, y a
partir de aquí la AW va bajando.
ORGANISMOS
Aw
Mayoría de la
bacterias
> 0.93
Bacterias halófilas
> 0.75
Levaduras
0.62 – 0.84
Hongos
0.06 – 0.83
Alimentos de baja humedad
• AW 0 – 0,6 No hay ningún organismo que pueda crecer. Los más
resistentes: Zygosaccaharomyces rousi necesita 0,62 y Aspergillus rousi
necesita 0,64.
Alimentos de humedad intermedia
• AW 0,6 – 0,85 No resisten tanto como los anteriores, de manera que
puede ser necesaria la adición de un antifúngico. No podrá crecer ninguna
bacteria que requieren 0,9, ni S.aureus que requiere 0,86. Normalmente
tendrán pH bajo
Los alimentos desecados son alimentos estables, están diseñados para durar.
Pero podemos tener problemas, ocasionados por la reactividad química del
alimento.
• Oxidación de los lípidos. Enranciamiento
• Reacción de Maillard. Reacción entre los grupos carbonilo de los azúcares
y los grupos amino de las proteínas. Da un sabor amargo.
El primer problema se puede evitar asegurando bien el cierre del producto, o
por la adición de antioxidantes. El segundo problema es más complejo. Se
puede reducir su incidencia reduciendo la cantidad de azúcares, o bien
reduciendo el contenido de agua. Al reducir el contenido de agua se reducirá
también el riesgo de enranciamiento.
Presión osmótica
Los microrganismos deben desarrollarse con adecuadas
concentraciones de solutos, si esta no se controla, los
organismos no se desarrollan e incluso se llega a la lisis celular
Medios
Isotónico
Efectos
Turgente, la célula se divide
Hipotónico
Plasmoptisis, la célula se llena de agua y si la membrana y pared
no resisten la presión osmótica, la célula estalla (irreversible)
Hipertónico
Plasmólisis, Algunas células pueden recuperarse al colocarlas en
medio isotónico. Caso de conservación de alimentos por alta
concentración de sal o azúcares
Sal y Azúcar
Son los conservantes que se usan en mayor cantidad. Ambos actúan por
desecación osmótica. Al subir la concentración de los solutos, se podrá provocar la
plasmólisis de los organismos presentes. Para conseguir el mismo efecto hará falta
6 veces más azúcar que sal.
SALINIDAD
Halófilo: discretos (1-6 %) y
moderados (6-15 %) de NaCl
Halotolerante: crecen en amplio
rango de actividad de agua
Halófilos extremos: 17-36 % NaCl
En función de su tolerancia a ambientes con baja aw, los
microorganismos que pueden crecer en estas condiciones se
clasifican en halotolerantes, halófilos y xerófilos según toleren o
requieran condiciones salinas o hipersalinas, respectivamente.
Potencial Oxido – Reducción
Se define como la facilidad con la que un sustrato gana o pierde
electrones. Se da un diferencial de potencial. Si este diferencial es
positivo se oxida la sustancia. Si es negativo se reduce.
Los siguientes tipos de microorganismos: aerobias, microaerófilos,
aeróbicos facultativos, anaerobios estrictos. En base al alimento
crecerán unos u otros organismos, pero también es importante la
presencia de oxígeno en la atmósfera y su capacidad de penetración en
ésta.
Puede darse una típica secuenciación, de manera que en el alimento
crezcan en primer lugar aerobios, pero a medida que se agote el
oxígeno y los componentes del alimento aparecerán otros organismos
en un caso típico de sinergismo
Sustancias antimicrobianas presentes en los alimentos
• Se clasifican en dos tipos. Las sustancias que matan
organismos son biocídas, así como las que impiden el
crecimiento son biostáticas.
• Muchos vegetales pueden tener sustancia antimicrobianas,
aunque también las podemos encontrar en los animales.
Algunos ejemplos de sustancias con efecto antimicrobiano
son inmunoglobulinas, caseína, en la caseína y algunos ácidos
grasos libres pueden tener efectos antimicrobianos en
determinadas condiciones, lactoferina y el lisozima, presente
en huevos y leche.
• En el caso de la margarina, que es una suspensión de
microgotas de lípidos en agua, es difícil que se altere, porque
en cada gota no hay nitrógeno suficiente para que se
multiplique el organismo, por lo que la margarina será más o
menos estable.
Existen algunos alimentos más seguros por su estructura, que
actúan como barreras biológicas contra la invasión microbiana.
•
•
•
•
Clavo contiene eugenol
Ajo contiene allicina
Canela cuenta con un aldheído
Mostaza contiene isotiocianato
Factores intrínsecos de la contaminación de alimentos
Parametros
Bacterias
Levaduras
Hongos y
mohos
Condiciones
especiales
pH
4.5 – 8
Lácticas
3.2 – 10.5
1.5 -8.5
0 – 11
Optimas
generales
Agua
disponible
0.9 – 0.97
0.88 – 0.92
0.64 – 0.80
Osmófilas 0-6
Halófilas 0-7
Xerófilas 0.61
+200 a +400
Aeróbicas (oxi)
+200 a +400
Embutidos
Aeróbicos (oxi) cárnicos +200
(oxi)
Potencial redox Rumen -350
Eh
Anaerobias
Factores extrínsecos
Los factores de la conservación de los alimentos son tres: T, HR y
atmosfera de conservación.
TEMPERATURA: Existen algunos patógenos capaces de
multiplicarse en frío, como serían Salmonella, Vibrio o Yersinia.
De hecho existen organismos capaces de crecer incluso en el
congelador, como los psicrófilos. Los organismos dejan de
multiplicarse debido a su necesidad de agua, ya que en
condiciones de frío el agua es menos biodisponible, siendo su
AW menor a 0,86. Organismos
T, mínima
T. Optima
T. Máxima
Psicrófilos
-15
10 - 15
18 - 20
Mesófilos
5 - 10
30 – 37
45
15
42 – 46
50
25 – 42
50 – 80
60 - 85
Termótrofos
Termófilos
• Si congelamos los alimentos entre –18 y –20º C, estaremos
seguros que no se produce crecimiento de los organismos,
pero se podrá producir actividad enzimática. Para estar
seguros que no se produce ninguna alteración, deberemos
realizar ultracongelación, a menos de –40º C.
• Otro factor que se ha de tener en cuenta son los termótrofos,
en los alimentos que se venden calientes.
• Muchos organismos pueden continuar replicándose a bajas
temperaturas. Vibrio sp puede replicarse a –5°C, mientras que
Yersinia enterolítica puede hacerlo a –2°C; su temperatura de
crecimiento es de 14°C. Muchas bacterias G- pueden
replicarse a temperaturas de tan solo 5° C, de hecho muchas
bacterias lácticas pueden replicarse a esta temperatura
Temperatura
Tipo
Rango de
Temperatura
Temperatura
Optima
M.O
Psicrofilo
0 - 20
15
Algas
Mesofilo
20 - 40
38
E. coli
Termofilo
40 - 70
60
Hipertermo
filos
90 - 115
106
Bacillus
stearothermophi
llus
Thermus
acuaticus
• El factor temperatura es el más importante para regular la
velocidad y el tipo de alteración de la carne. Con índices de
10⁴ y 10⁵ serán carnes no alteradas. Con 10⁶ hay ligeros signos
de alteración, de manera que entre 10⁶ y 10⁷ hay grandes
indicios, mientras que con 10⁸ ya no es consumible la carne.
Con 10⁹ hablaríamos ya de putrefacción.
Humedad relativa
La HR del ambiente circulante en el almacén de los alimentos es
determinante para el agua disponible Aw y para el crecimiento
superficial de µorganismos.
La relación entre temperatura y HR durante el almacenamiento
determina la suceptibilidad de contaminación para cada tipo o fuente
de alimento
La HR se equilibrará con el agua del alimento, o como mínimo tiende a
ello. Será útil entonces usar humidificadores o desecadores para
regular el contenido de agua de la atmósfera. Además para evitar que
se equilibre, otra opción es la de usar envoltorios alrededor del
alimento, haciendo que éste tenga una atmósfera aislada.
Atmósfera
• La atmósfera a la que se encuentra un es básica para su
conservación, sobre todo a nivel de presión parcial de oxígeno y su
capacidad de difusión.
• Se observó que había algunos gases que parecían tener funciones
inhibidoras del crecimiento de bacterias. Puede ser de utilidad
añadir hielo seco, dióxido de carbono sólido, para conservar las
frutas. Una atmósfera rica en CO₂ inhibirá el crecimiento de algunas
bacterias, pero también beneficiará el crecimiento de otras.
• Controlando la atmósfera del alimento podemos alargar su vida útil.
En el caso del pescado es uno de los alimentos que más se altera.
En atmósferas controladas, el pescado puede llegar a durar
semanas, sin la atmósfera controlada no pasa de unos pocos días.
Se cambian los organismos que normalmente alterarían el pescado,
como Pseudomonas o Alteromonas, por otras bacterias, con
tiempos de generación más largos, de tipo láctico.
Normalmente será la combinación de la regulación de la atmósfera con
el control de la temperatura como se alargará la vida útil de los
alimentos.
La alteración de los gases ambientales sería otra alternativa para
mantener la estabilidad del alimento en cuestión. El almacenamiento
bajo condiciones controladas o atmósferas modificadas consiste en
introducir o intercambiar O₂ por CO₂, N₂, O₃ o combinaciones de ellos.
El O₃ (ppm) en el almacenamiento es efectivo para controlar una
variedad de µorganismos por su potencial O/R, la combinación de CO₂
y O₃ se usa de modo eficiente en el almacén de canales de carne, por
largo periodo de tiempo. Las bacterias G- son más sensibles al CO₂ que
las G+ como las Pseudomonas y las bacterias lácteas y las anaeróbicas
de las menos sensibles.
•
•
•
Necesidades de
gases
•
•
Aerobios estrictos: los que requieren oxigeno como
aceptor terminal de electrones, no proliferan en
ausencia de O2. ej. Mycobacterium bovis.
Microaerofilos: utilizan O2 a niveles muy bajos. Un 12%.
No proliferen en la superficie de un medio sólido. Ej.
Haemophillus suis
Anaerobios estrictos: las que no emplean oxigeno para
su metabolismo, sino qe obtienen su energía de
reacciones fermentativas. Ej. Clostridium tetani
Anaerobios aerotolerantes: pueden crecer en presencia
o ausencia de oxigeno, pero la energía la obtienen por
fermentación. Ej. Bacterias acidolacticas.
Anaerobios facultativos: son bacterias que proliferan
mediante procesos oxidativos, utilizando oxigeno
como aceptor terminal de electrones, o en
anaerobiosis,
empleando
reacciones
de
fermentación para obtener energía.
Ej.
Streptococcus, E. coli
FACTORES IMPORTANTES PARA HONGOS
PH
PROMEDIO
2-9
OPTIMO
5.6
TEMPERATURA
PROMEDIO
0-62 Cº
OPTIMA
22-30 Cº
GASES
AEROBIOS
CONCENTRACION DE AZUCARES EN EL MEDIO
4%
CARBONO
HETEROTROFICOS
LUZ
NINGUNA
Parámetros extrínsecos en la contaminación y desarrollo microbiano de alimentos
Factor
Rango optimo
Ejemplos en alimentos
Efecto principal
Temperatura
Psicrófilos
Mesófilos
Termófilos
Unidades °C
5 - 20 20 – 30
20 – 45 30 - 40
>45 55 – 65
Psicrófilos: Alcalígenes, alteromonas,
corynebacterium, Flavobacterium, Lactobacillus,
Micrococcus, Pseudomanas
Mesofilos: Enterobacterias, Staphyloccus,
Enterococcus, Proteus, Aspergillus,
Cladosporium, Thamnidium, algunas levaduras
Termófilos: Bacillus, Clostridium
Tiempo de generación
HR
Unidades %
Bacterias 90 – 97
Levaduras 60 – 94
Hongos 61 – 93
Escherichia, Bacillus, Enterobacter, candida,
Saccharomyces, Rhyzopus, Mucor, Aspergillus
Afecta el crecimiento
superficial y la Aw del
alimento
Atmosfera
Oxígeno
Aerobios
Anaerobios
Microaerofílicos
Pseudomonas Clostridium Mohos
Alto potencial O/R
Bajo potencial
CO₂
Concentración
mayores de 10%
Retarda el crecimiento e hongos
Reduce la alteración por Pseudomonas,
Streptococcus, Proteus y Micrococcus en carne
N₂
En atmósferas
controladas se
agrega hasta el
100% bajo vacío
Reduce la presencia de Lactobacillus en
productos cárnicos
Lactobacillus
Oxidante en superficie
de cárnicos, inhibidor
competitivo del etileno
en almacenes de frutas
Crecimiento de poblaciones
Es el aumento en el número de células de una población.
• Velocidad de crecimiento es el cambio en el numero de
células o en la masa celular, experimentado por unidad de
tiempo.
• Durante el ciclo de division celular, todos los componentes se
duplican.
Tiempo de generación: es el tiempo que se requiere para que la
población se duplique.
• Los tiempos de generación varían ampliamente entre las
diferentes bacterias.
Ej. 1 a 3 horas, 10 min, o varios días.
Pseudomonas sp
0°C Tiempo de generación 600 – 700 min
20°C Tiempo de generación 50 min
Cultivo puro de bacterias en un medio liquido
CURVA DE CREMIENTO
• Fase 1: de adaptación o latencia. El crecimiento de la población no
inicia inmediatamente, sino después de cierto periodo de tiempo,
el cual puede ser breve o largo, dependiendo de varios factores.
Fase 2: de crecimiento exponencial o logarítmico. Es la consecuencia
del hecho de que cada célula se divide en dos. Las bacterias se
encuentran en un estado optimo. Su velocidad esta influenciada
por temperatura, nutrientes.
Fase 3: estacionaria. El medio de cultivo no se renueva, comienzan a
acumularse metabolitos tóxicos, se modifica el pH, los nutrientes
se agotan, la velocidad de multiplicación se retrasa y hay un
equilibrio entre bacterias vivas y muertas.
Fase 4: de Muerte. Cuando continua el crecimiento en el medio de
cultivo viejo se produce una inversión numérica con respecto a la
fase exponencial. En este periodo son mas las bacterias muertas
que las vivas, hasta que se termina con la muerte de todas.
Si son bacterias con capacidad de esporular, se produce la
esporulación en esta fase.
Cultivo continuo
• Un biorreactor es un aparato que se utiliza
para obtener un cultivo continuo en medio
renovado, permite mantener poblaciones de
células en crecimiento exponencial por largos
periodos de tiempo.
• Medidas indirectas del crecimiento bacteriano
cámaras de Petroff-Hausser
Medida de la masa de células:
TURBIDIMETRIA
espectrofotómetro
• Método de siembra en espiral en placa. Se trata de una
máquina que distribuye el inóculo líquido en la superficie de
una placa en rotación con el medio adecuado. El brazo
dispensador se mueve desde el centro de la placa hacia el
exterior, depositando la muestra en espiral la cánula asociada
al brazo va dejando ir un volumen decreciente de muestra, de
manera que en una sola placa desciende el orden de
magnitud hasta en 4 grados. El recuento se hace usando una
plantilla especial, junto con una máquina, normalmente
equipada con láser para el recuento. Es un método
totalmente automatizado, el hombre no interviene.
Recuento de viables
• Método del Número Más Probable (NMP). Un método estadístico para
averiguar el número de organismos. Se basa en la presunción de que
independientemente del número de organismos que haya en la muestra,
pasado un cierto tiempo, si están los organismos que creemos, la prueba
deberá ser positiva. Las tablas que se usan se elaboran mediante
programas informáticos.
• La técnica del NMP puede ser más precisa incluso que la de recuento de
UFC. Se ha de tener en cuenta siempre que todos los tubos del NMP no
pueden ser positivos, ya que en ese caso se debe volver a empezar, pero
con una dilución mayor a la empleada.