1.1 Los Alimentos Como Sustratos de Los Microorganismos - r (1)

MICROBIOLOGIA APLICADA ING. AGROINDUSTRIAL

LOS ALIMENTOS COMO SUSTRATO DE LOS MICROORGANISMOS

Las interacciones mutuas entre los microorganismos por una parte y las plantas y los animales por otra, son naturales y constantes. En la naturaleza, está perfectamente comprobado el papel ecológico de los microorganismos y su importancia en todos los ciclos geoquímicos. Como quiera que los alimentos que consume el hombre proceden básicamente de las plantas y de los animales o de productos derivados de los mismos, resulta comprensible que dichos alimentos puedan contener microorganismos que interaccionen con ellos.

En la mayoría de los casos, los microorganismos utilizan nuestros alimentos como fuente de nutrientes para su propio crecimiento, hecho que, naturalmente, puede ocasionar su alteración. Los microorganismos pueden “echar a perder” un alimento porque se multiplican en él, porque utilizan nutrientes, porque producen modificaciones enzimáticas, y porque le comunican sabores desagradables mediante el desdoblamiento de determinadas sustancias o mediante la síntesis de nuevos compuestos. La alteración de los alimentos es consecuencia lógica de la actividad de los microorganismos, ya que, en la naturaleza, una de sus funciones es la reconversión de las formas reducidas de carbono, de nitrógeno y de azufre existentes en las plantas y en los animales muertos, en otras formas oxidadas que necesitan las plantas, las cuales, a su vez, son consumidas por los animales. Por lo tanto, simplemente “desempeñando su función” en la naturaleza, muchas veces pueden convertir en no aptos para el consumo a nuestros alimentos. Con el fin de evitar esto, reducimos al mínimo el contacto entre los microorganismos y nuestros alimentos (prevención de la contaminación) y también eliminamos los microorganismos que contienen, o por lo menos adaptamos las condiciones de su almacenamiento para evitar que en ellos se multipliquen los microorganismos (conservación).

Cuando se trata de microorganismos patógenos, su asociación con nuestros alimentos es peligrosa desde el punto de vista de la salud pública. Algunos de nuestros alimentos tolerarán la multiplicación de los microorganismos patógenos o, por lo menos, actuarán como vectores de los mismos. En este caso, también intentamos evitar que penetren y se multipliquen en nuestros alimentos o los destruimos mediante algún tipo de tratamiento.

A veces, las interacciones entre los microorganismos y nuestros alimentos son beneficiosas, tal como queda patente en algunos productos, los cuales, una vez fermentados, adquieren un sabor más agradable. ¿Cuáles son los factores que regulan estas interacciones? ¿Por qué razón algunas veces esta interacción es beneficiosa, mientras que otras veces no lo es? ¿Por qué algunos alimentos son sumamente resistentes a la alteración microbiana? El alimento es el sustrato y, por ello, es importante tener en cuenta los caracteres del mismo. También tienen importancia tanto el tipo de microorganismos como las condiciones ambientales. No obstante, el alimento, o sustrato, es el que determina cuáles de ellos son capaces o incapaces de crecer. Si se conocen los caracteres del alimento o sustrato, se puede predecir la flora microbiana que es posible que crezca en él. El conocimiento de los factores que favorecen o inhiben la multiplicación de los microorganismos es esencial para comprender los principios básicos que rige tanto la alteración como la conservación de los alimentos. Los principales factores de la composición de todo alimento que influyen en la actividad microbiana son: l concentración de iones hidrógeno, la humedad, el potencial de óxido-reducción (O-R), los nutrientes, y la presencia de sustancias inhibidoras o de barreras.

CONCENTRACION DE IONES HIDROGENO (pH)


Cada microorganismo tiene un pH mínimo, un pH o optimo y un pH máximo de crecimiento. A las células microbianas les afecta de forma importante el pH de los alimentos, ya que, al parecer, carecen de un mecanismo que regule su pH interno. En general, las levaduras y los mohos toleran mejor la acidez que las bacterias. El pH intrínseco de los alimentos es diferente en cada uno de ellos, aunque la mayoría tienen un pH neutro o ácido. Los alimentos cuyo pH es bajo (valores inferiores a 43) no son alterados fácilmente por las bacterias, siendo m& sensibles a la alteración por levaduras y mohos. Todo alimento que tenga un pH intrínsecamente bajo tendería por ello a ser más estable, desde el punto de vista microbiológico, que un alimento neutro. La extraordinaria facilidad con que se conservan los alimentos que a continuación se citan, está relacionada con su bajo pH: las frutas, las bebidas refrescantes, las leches fermentadas, el sauerkraut* y los encurtidos. Mientras que algunos alimentos tienen un pH bajo debido a su acidez intrínseca, otros, como por ejemplo los productos fermentados, tienen un pH bajo debido a la acidez que se desarrolla por la gran cantidad de ácido láctico que se produce durante su fermentación.

Los mohos son capaces de crecer dentro de una escala de valores de pH más amplia que la correspondiente a la mayoría de las levaduras y bacterias, y algunos crecen a valores de pH excesivamente ácidos tanto para las levaduras como para las bacterias. El crecimiento de la mayoría de las levaduras fermentativas es estimulado por un pH de aproximadamente 4,O a 4.5, cosa que ocurre en los zumos de frutas, mientras que las levaduras formadoras de película crecen bien en alimentos ácidos tales como el sauerkraut y los encurtidos. Por otra parte, la mayoría de las levaduras no crecen bien en sustratos básicos, y de aquí que para crecer en ellos deban adaptarse a este tipo de medios. El crecimiento de la mayoria de las bacterias es estimulado por un pH próximo a la neutralidad, aunque algunas, como por ejemplo las acidificantes, son estimuladas por un grado de acidez medio, mientras que otras, como por ejemplo las bacterias con actividad proteolítica, son capaces de crecer en medios de pH elevado (básico), como las que se encuentran en la clara de los huevos almacenados.

Las sustancias tampón de los alimentos, es decir, los compuestos que contrarresta las modificaciones del pH, no sólo tienen importancia por su capacidad tamponadora, sino también por su capacidad para ejercer su acción de una forma extraordinariamente eficaz dentro de una determinada escala de valores de pH. Las sustancias tampón permiten que toda fermentación acida (o básica) continúe durante más tiempo y se produzcan cantidades, tanto de los productos resultantes de la fermentación como de microorganismos, mayores que las que se hubiesen producido sin la presencia de dichas sustancias. Los jugos de las hortalizas tienen escasa capacidad tamponadora, permitiendo un notable descenso del pH y que las bacterias del ácido láctico produzcan únicamente insignificantes cantidades de ácido durante la primera fase de las fermentaciones del sauerkraut y de los encurtidos.

Esta circunstancia permite que las bacterias del ácido Láctico eliminen la flora microbiana competitiva indeseable constituida por microorganismos que hidrolizan la pectina y por microorganismos proteolíticos. La escasa capacidad tamponadora contribuye a que durante la fermentación la generación de microorganismos tenga lugar con mayor rapidez que en el caso de que la capacidad tamponadora sea muy elevada. La leche, por otra parte, al tener un contenido de proteína bastante elevado, es un tampón eficaz, siendo ésta la razón de que permita un abundante crecimiento de las bacterias del ácido láctico, las cuales, durante el proceso de elaboración de las leches fermentadas producen una gran cantidad de ácido antes de que la


multiplicación del cultivo iniciador* se detenga definitivamente. El pH de un producto se puede determinar fácilmente por un aparato medidor del pH, aunque a veces es posible que la determinación de este valor aislado no sea suficiente para predecir la respuesta de los microorganismos. Tambien es conveniente, por ejemplo, conocer el ácido responsable de un determinado pH, ya que algunos ácidos, sobre todo los orgánicos, tienen un poder inhibidor mayor que otros. A la propiedad inhibidora de algunos ácidos orgánicos, entre lo que se incluyen los ácidos acético, benzoico, chico, láctico, propiónico y sórbico, se debe que sean los más utilizados como acidulantes o como conservadores de alimentos. Asimismo, las modificaciones de la acidez titulable no siempre se pueden poner de manifiesto determinando el pH. El pH no sólo influye en la velocidad de la multiplicación de los microorganismos, sino que también influye en la cantidad que de los mismos sobreviven en los alimentos durante su almacenamiento, tratamiento térmico, desecación, o durante cualquier otro tipo de tratamiento. Asimismo, es posible que el pH inicial sea apropiado, pero como consecuencia de la existencia de flora competitiva o como consecuencia de la multiplicación del propio microorganismo, el pH se puede volver desfavorable. Por el contrario, es posible que crezcan otros microorganismos.

NECESIDADES DE HUMEDAD: CONCEPTO DE ACTIVIDAD AGUA

Definición: Los microorganismos necesitan la presencia de agua, en una forma disponible, para crecer y llevar a cabo sus funciones metabólicas. La mejor forma de medir la disponibilidad de agua es mediante la actividad de agua (aw). La aw de un alimento se puede reducir aumentando la concentración de solutos en la fase acuosa de los alimentos mediante la extracción del agua o mediante la adición de solutos. Algunas moléculas del agua se orientan en torno a las moléculas del soluto y otras quedan absorbidas por los componentes insolubles de los alimentos. En ambos casos, el agua queda en una forma menos reactiva.

Varios métodos de conservación utilizan estos conceptos. La deshidratación es un método de conservación de los alimentos basado en la reducción de la aw (lo que se consigue eliminando el agua de los productos). También el agregado de solutos desciende la aw lo cual se da durante el curado y salado, así como en el almíbar y otros alimentos azucarados.

La aw de un alimento o solución se define como la relación entre la presión de vapor del agua del alimento (p) y la del agua pura (po) a la misma temperatura

A medida que una solución se concentra, la presión de vapor disminuye y la aw desciende a partir de un valor máximo de 1 para el agua pura (en ausencia de capilares o fuerzas de adsorción). La aw está relacionada con el punto de congelación y con el de ebullición así como con la humedad relativa en equilibrio (HRE) y la presión osmótica.

Relación entre la Actividad de Agua y la Humedad relativa en equilibrio (HRE):

La HRE se refiere estrictamente a la atmósfera en equilibrio con una solución o alimento y constituye una expresión menos apropiada que la aw como forma de medir el agua disponible.

La HRE, como la aw, es la relación entre la presión de vapor de la solución y la del agua pura pero expresadas en porcentaje. Por ello


Relación entre la Actividad de Agua y la presión osmótica:

La presión osmótica * está relacionada con la aw a través de la expresión donde R es la constante de los gases, T la temperatura absoluta, loge aw el logaritmo natural de la aw y V el volumen molar parcial del agua. El uso de la presión osmótica presupone la presencia de una membrana con unas características de permeabilidad adecuadas.

Relación entre la Actividad de Agua y la concentración de solutos: La ley de Raoult puede expresarse de la siguiente forma es decir, la relación entre la presión de vapor de la solución y la del solvente puro es igual a la fracción molar del solvente, donde p y po son las presiones de vapor de la solución y del solvente, respectivamente y n1 y n2 el número de moles del soluto y del solvente, respectivamente. Para una solución 1 molal de un soluto ideal, aw = 0.9823 Sin embargo, los solutos nunca son ideales. Por una parte, las interacciones entre las moléculas pueden reducir el número efectivo de partículas en la solución, mientras que por otra, la disociación puede incrementar realmente dicho número. Tales factores conducen a desviaciones del sistema ideal que son realmente grandes para los no electrolitos a concentraciones superiores a 1 molal y para los electrolitos a cualquier concentración. Los coeficientes osmóticos hallados experimentalmente se utilizan para contrarrestar el comportamiento no ideal y los valores de aw se calculan a partir de la expresión. donde m es la concentración molal del soluto, v es el número de iones generado por cada molécula de soluto y * es el coeficiente osmótico molal.

Relación entre la Actividad de Agua y el contenido de agua

: La relación entre la composición de un alimento y su aw es bastante compleja. Para conocer esta relación lo habitual es determinar los valores de la aw del alimento a diferentes concentraciones de agua, los que se representan gráficamente con el fin de obtener la isoterma de sorción de agua (ver Figura)

. Los factores que reducen la presión de vapor de agua en los alimentos y, por tanto, la aw son la adsorción de las moléculas de agua a las superficies, las fuerzas capilares y las sustancias disueltas que se han mencionado anteriormente. Normalmente se acepta que el primer ascenso de la isoterma representa la adsorción del agua formando una monocapa de moléculas en los lugares de adsorción del producto sólido. Al añadir más agua, la isoterma crece rápidamente a medida que los solutos se disuelven y se llenan los espacios capilares. Estos fenómenos se solapan y algunos pueden no estar representados en la isoterma. Puede no verse la monocapa en los alimentos que contienen poco material estructural si las fuerzas capilares tienen poca influencia.

Relación entre la Actividad de Agua y la Temperatura:

La actividad de agua depende de la temperatura dado que ésta influye también sobre la presión de vapor de agua de las soluciones pero el efecto es pequeño con la mayoría de los solutos salvo que las soluciones sean saturadas. En tales casos, las cantidades de algunas sustancias de la solución, y, por tanto, la aw, pueden variar marcadamente con la temperatura.

Grupos principales de alimentos en relación con su aw


1. Tienen aw de 0,98 o superior las carnes y pescados frescos, las frutas, hortalizas y verduras frescas, la leche, las hortalizas en salmuera enlatadas, las frutas enlatadas en jarabes diluidos. Existen muchos alimentos con un alto contenido en agua entre los que se encuentran los que tienen un 3,5 % de NaCl o un 26 % de sacarosa en la fase acuosa. En este rango de aw crecen sin impedimento alguno todos los microorganismos causantes de toxiinfecciones alimentarias y los que habitualmente dan lugar a alteraciones, excepto los xerófilos y halófilos extremos.

2. Tienen aw entre 0,98 y 0,93 la leche concentrada por evaporación, el concentrado de tomate, los productos cárnicos y de pescado ligeramente salados, las carnes curadas enlatadas, los embutidos fermentados (no secos), los embutidos cocidos, los quesos de maduración corta, queso de pasta semidura, las frutas enlatadas en almíbar, el pan, las ciruelas con un alto contenido en agua. La concentración máxima de sal o sacarosa en la fase acuosa de estos alimentos está entre el 10% y 50%, respectivamente. Todos los microorganismos conocidos causantes de toxiinfecciones alimentarias pueden multiplicarse al menos a los valores más altos de aw comprendidos en este intervalo.

3. tienen aw entre 0,93 y 0,85 los embutidos fermentados y madurados, el queso Cheddar salado, el jamón tipo serrano, la leche condensada azucarada. A este grupo de alimentos pertenecen aquellos con un contenido en sal superior al 17% y los que contienen concentraciones de sacarosa a saturación en la fase acuosa. Entre las bacterias conocidas, sólo una (Staphylococcus aureus) es capaz de producir intoxicación alimentaria a estos niveles de aw pero pueden crecer muchos mohos productores de micotoxinas.

4. Tienen aw entre 0,85 y 0,60 los alimentos de humedad intermedia, las frutas secas, la harina, los cereales, las confituras y mermeladas, las melazas, el pescado muy salado, los extractos de carne, algunos quesos muy madurados, las nueces. Las bacterias patógenas no crecen en este intervalo de aw. La alteración, cuando ocurre, se debe a microorganismos xerófilos, osmófilos o halófilos.

5. Tiene aw inferior a 0,60 los dulces, el chocolate, la miel, los fideos, las galletas, las papas fritas, las verduras secas, huevos y leche en polvo. Los microorganismos no se multiplican por debajo de una aw de 0,60 pero pueden permanecer vivos durante largos períodos de tiempo.

La actividad agua y la conservación de los alimentos

Muchos alimentos logran estabilidad, desde el punto de vista microbiológico, eliminando el agua que contienen (deshidratación) o mediante el agregado de solutos hasta alcanzar un valor bajo de aw.

En la deshidratación, se le aplica energía al alimento en forma de calor, aumentando la presión de vapor del agua presente hasta un nivel tal que el agua de la superficie de los alimentos se evapora. La evaporación conlleva un descenso de la temperatura de la superficie y se necesita un aporte adicional de calor para mantener la presión de vapor a un nivel adecuado. A medida que se va evaporando el agua superficial se va reemplazando por otra procedente del interior que migra merced a procesos de difusión, convección, flujo capilar y retracción. La evaporación de la humedad de los alimentos se debe a la diferencia entre la presión de vapor de la atmósfera y la presión superficial del alimento. A medida que avanza la deshidratación, desciende la velocidad


de eliminación del agua porque la migración de agua a la superficie tiene un límite; las capas superficiales se hacen menos permeables y el aumento de la concentración de solutos reduce la presión de vapor de la superficie. Por ello, para alcanzar el grado de desecación deseado se hace necesario reducir la presión de vapor ambiental o aumentar la temperatura del alimento. Se puede realizar deshidratación de muchas maneras diferentes, por secado al sol, en secaderos con aire caliente con bandejas estáticas, con bandejas en túneles, en cintas transportadoras en túneles, en secaderos spray, en lechos fluidizados, por liofilización.

La sal y el azúcar son los solutos que habitualmente se añaden a los alimentos para reducir la aw. La preparación de jaleas, mermeladas y productos va acompañada de una extracción parcial del agua (concentración) mediante calentamiento. La adición de sal se utiliza en forma predominante en la carne, pescado y algunas verduras. La sal se añade directamente en seco o mediante salmuera dependiendo siempre de la naturaleza del producto.


POTENCIAL DE OXIDO-REDUCCION

Tanto la tensión de oxígeno o presión parcial de oxígeno en torno a un alimento como el potencial de óxido-reducción (O-R), o poder oxidante y reductor del

propio alimento, influyen en el tipo de microorganismos que crecerán en éI y, por tanto, en las modificaciones que tendrán lugar en el mismo. El potencial de O-R de un alimento está definido (1) por el potencial de O-R típico del alimento originario, (2) por la capacidad de compensación del alimento, es decir, por su resistencia a modificar su potencial, (3) por la presión de oxigeno de la atmosfera existente en torno al alimento, y (4) por la comunicación que la atm6ofera tiene con el alimento. El aire tiene una elevada tensión de oxígeno, pero el espacio de cabeza de una lata de un alimento que se ha conservado sometiéndola al vacío tendría una tensión de oxígeno baja.

Desde el punto de vista de su capacidad para utilizar el oxígeno libre, los microorganismos se han clasificado en aerobios cuando necesitan oxígeno libre, anaerobios cuando crecen mejor en ausencia de oxígeno libre, y facultativos cuando crecen bien tanto en aerobios como anaérobios. Los mohos son aerobios, la mayoría de las levaduras crecen mejor en aerobiosis, mientras que las bacterias de las diferentes especies pueden ser aerobias, anaerobias o facultativas. Desde el punto de vista del potencial de O-R, un potencial elevado (oxidante) favorece el crecimiento de los microorganismos aerobios, aunque permitirá el crecimiento de los facultativos, mientras que un potencial bajo (reductor) favorece el crecimiento tanto de los microorganismos anaerofios como el de los facultativos. No obstante, algunos microorganismos que se consideran aerobios son capaces de crecer (aunque no crecen bien) a potenciales de O-R sorprendentemente bajos. El crecimiento de un determinado microorganismo puede modificar el potencial de O-R de un alimento lo suficiente como para impedir que crezcan otros. Es posible que los anaerobios, por ejemplo, reduzcan el potencial de O-R hasta un valor que inhiba el crecimiento de los aerobios.


Como notación escrita del potencial de O-R de un sistema se suele utilizar Eh, midiéndose y expresándose en mil voltios (mV). Un sustrato muy oxidado tendría un Eh positivo, mientras que el Eh de un sustrato reducido sería negativo. Los microorganismos aerobios, entre los que se incluyen los bacilos, los micrococos, las pseudomonas1 y los acinetobacters,2 necesitan valores de Eh positivos, o, lo que es lo mismo, potenciales de O-R positivos, expresados en mV. Por el contrario, los anaerobios, entre los que se incluyen los clostridios y los bacteroides3 necesitan valores de Eh negativos, o potenciales de O-R negativos, expresados en mV.

La mayoría de los alimentos frescos, tanto los de origen vegetal como los de origen animal, tienen en su interior un potencial de O-R bajo y bien equilibrado: los de origen vegetal porque contienen sustancias reductoras, como por ejemplo ácido ascórbico y azúcares reductores, y los tejidos animales porque contienen radicales sulfhidrilo (-SH) y otros grupos reductores. Mientras las células de las plantas o l a s de los animales respiran y mantienen su actividad, tienden a equilibrar su sistema de O-R a un nivel bajo, contrarrestando la acción del oxígeno que difunde desde el exterior. Por consiguiente, en un trozo de carne fresca o en una fruta fresca entera, solamente existirían condiciones aerobia5 en la superficie y en sus proximidades. Podría suceder que en la superficie del trozo de came creciesen en aerobiosis bacterias productoras de viscosidad o bacterias acidificantes, a la vez que en su interior estuviese teniendo lugar la putrefacción anaerobia. Los distintos tipos de tratamientos industriales pueden modificar esta situación. Los tratamientos térmicos, al destruir o modificar las sustancias reductoras y las oxidantes, pueden reducir la capacidad de equilibrio redox del alimento, permitiendo también una difusión más rápida del oxígeno hacia el interior del alimento, debido a la destrucción de las sustancias equilibradoras o debido a las modificaciones que experimenta la estructura física del mismo. Los tratamientos industriales pueden asimismo eliminar las sustancias reductoras y las oxidantes; de aquí que los zumos de frutas exentos de pulpa hayan perdido las sustancias reductoras por ser eliminadas durante su extracción y filtración y, por consiguiente, constituyen un medio de crecimiento para las levaduras que resulta más apropiado que el zumo original que contenía la pulpa. Si bien cuando la concentración de oxígeno es baja los mismos microorganismos aerobios o facultativos pueden dar lugar a compuestos parcialmente oxidados, por ejemplo, ácidos orgánicos originados a partir de carbohidratos, cuando existe abundante oxígeno disponible pueden oxidarlos totalmente a dióxido de carbono y agua.

CANTIDAD DE NUTRIENTES

Tanto la clase como la cantidad de nutrientes existentes en el alimento tienen una gran importancia para determinar qué microorganismo es más probable que crezca en el mismo. Se deben tener en cuenta (1) los alimentos energéticos, (2) los alimentos plásticos, y (3) las sustancias accesorias de los alimentos, o vitaminas, las cuales pueden ser indispensables como energéticas o como plásticas.

Alimentos energéticos


Los hidratos de carbono, sobre todo los azúcares, son los nutrientes más comúnmente utilizados como fuente de energía, aunque pueden ser útiles como tales otros compuestos de carbono, por ejemplo, los ésteres, los alcoholes, los péptidos, los aminoácidos, y los ácidos orgánicos y sus sales. Los hidratos de carbono complejos, por ejemplo, la celulosa, pueden ser utilizados por relativa} mente pocos microorganismos, mientras que el almid6n s610 puede ser hidrolizado por un reducido número de microorganismos. Los microorganismos también se diferencian por su distinta capacidad para utilizar algunos de los azúcares solubles m& sencillos. Algunos microorganismos no son capaces de utilizar el disacárido lactosa (azúcar de la leche) y, por lo tanto, no crecen bien en la leche. Algunas levaduras no utilizan la maltosa. Las bacterias se suelen identificar y clasificar de acuerdo con su capacidad o incapacidad para utilizar azúcares y alcoholes diferentes. La mayoría de los microorganismos que no utilizan los azúcares, son capaces de utilizar la glucosa.

La capacidad de los microorganismos para utilizar la pectina, que es típica de algunas especies de bacterias y de muchos mohos, sin duda tiene importancia tanto en el ablandamiento como en la putrefacción de las frutas y de las hortalizas o de los productos que de las mismas se obtienen.Un reducido número de especies de microorganismos son capaces de obtener su energía a partir de las grasas, aunque únicamente las utilizan con esta finalidad en el caso de que no dispongan de un alimento energético m& fácilmente utilizable, como por ejemplo un azúcar. Primeramente, con el concurso de una lipasa, la grasa tienen que ser hidrolizada para dar glicerol y acidos grasos, los cuales pueden posteriormente ser utilizados como fuente de energía, tanto por los microorganismos lipoliticos como por otros microorganismos. En general, en la descomposición de las grasas, los microorganismos aerobios intervienen con mayor frecuencia que los anaerobios, razón por la cual los microorganismos lipoliticos también suelen ser proteolíticos. La oxidación directa de las grasas que contienen kilos grasos insaturados suele ser una oxidación de tipo quimico.Los productos de la hidrolisis de lipoproteinas, de los péptidos y de los aminoácidos por ejemplo, son utilizados como fuente de energía por algunos microorganismos proteolíticos cuando no disponen de otra fuente m h apropiada, y como nutrientes energéticos por otros microorganismos que no son proteolíticos. Las carnes, por ejemplo, es posible que contengan una escasa cantidad de hidratos de carbono y de que sean descompuestas por microorganismos proteolíticos, por ejemplo, por especies de Pseudomonas, creciendo en las mismas, a continuación , especies con una débil actividad proteolítica o especies no proteolíticas que son capaces de utilizar los productos resultantes de la hidrolisis de las proteínas. Los microorganismos se diferencian por su capacidad para utilizar como fuente de energía determinados aminoácidos. Esto se debe a que es el número de moléculas (o moles) de azúcar el que influye en la wa cuyo porcentaje se suele expresar en peso por unidad de volumen. No tiene importancia el tipo de alimento energético, sino también la cantidad que del mismo se encuentra disuelto y, por consiguiente su actividad osmótica, y la cantidad de humedad disponible. Para un determinado porcentaje de azúcar disuelto, la presi6n osmótica varian en función del peso molecular del azúcar. Por consiguiente, una solución al 10% de glucosa tiene una presión osmótica aproximadamente doble que la de una solucion al 10% de sacarosa o de maltosa; es decir, retiene el doble de humedad. En general, los mohos son los microorganismos que crecen en medios con las concentraciones de azúcares más elevadas, mientras que las levaduras crecen en concentraciones de azúcares medianamente elevadas, y la mayoría de las bacterias crecen mejor a esta regla general: las levaduras amófilos


crecen en concentraciones de azúcar tan elevadas como las concentraciones a las que crecen los mohos. Sin duda, un aporte apropiado de alimentos plásticos favorecerá la utilización de los alimentos energéticos. Si se halla presente en cantidad suficiente un alimento nitrogenado de buena calidad, se utilizará una cantidad de hidratos de carbono mayor que del alimento es de mala calidad o se encuentra en éI en exasa cantidad. Los microorganismos que necesitan. Determinadas sustancias accesorias estimulantes del crecimiento, podrían no crecer si les faltase una o más de estas (<vitaminas>razón por la cual es posible que todo el proceso de descomposición se modificase.

Alimentos plásticos

Los microorganismos se diferencian por su distinta capacidad para utilizar los diferentes compuestos nitrogenados como fuente de nitrógeno para satisfacer sus necesidades de crecimiento. Algunos microorganismos son incapaces de hidrolizar las proteínas, y de aquí que no sean capaces de obtener nitrógeno de las mismas sin el concurso de un microorganismo proteolítico. Es posible que una determinada proteína sea una fuente de nitrógeno más apropiada que otra debido a los productos que se forman durante su hidrólisis, sobre todo por lo que se refiere cuando en el medio concurren determinadas condiciones, dejando de utilizarlos cuando estas varían. Algunas bacterias productoras de ácido láctico crecen mejor en medios que contienen poli péptidos, los cuales utilizan como fuente de nitrógeno, son incapaces de hidrolizar la caseína, y no crecen bien cuando en el medio sólo existe un reducido número de tipos de aminoácidos. Cuando en un sustrato existen hidratos de carbono fermentables, en éI suele tener lugar una fermentación ácida que impide el crecimiento de las bacterias proteolíticas, originándose de esta forma el denominado efecto “de ahorro” de los compuestos nitrogenados. Asimismo, se impide o se inhibe la producción de compuestos nitrogenados perjudiciales.

Muchas especies de mohos son proteolíticas, si bien existen pocos géneros y pocas especies de bacterias y muy pocas levaduras con potente actividad proteolítica. En general, las bacterias proteolíticas crecen mejor a valores de pH próximos a la neutralidad y de aquí que sean inhibidas por la acidez, aunque existen excepciones, como ocurre en la proteólisis que realizan las bacterias ácido proteolíticas que, a la vez que hidrolizan la proteína, producen ácido. Parte del carbono que utilizan los microorganismos para su crecimiento puede proceder del di6xido de carbono, aunque con mayor frecuencia utilizan el de los compuestos orgánicos . Las sales minerales que necesitan los microorganismos casi siempre se encuentran en el medio en las bajas concentraciones que las necesitan, aunque a veces es posible que un determinado nutriente inorgánico esté combinado de forma que no pueda ser utilizado, que no exista en el medio o que se encuentre en él en cantidad insuficiente. Un ejemplo de ello es la leche, la cual no contiene la suficiente cantidad de hierro para la pigmentación de las esporas de Penicillium ropeforti. Las especies de bacterias que producen septicemia suelen ser capaces de fijar cierta cantidad de hierro de la sangre. Sólo crecen bien en la sangre humana las cepas que son capaces de competir por el hierro de la transferrina.

Sustancias accesorias de los alimentos, o vitaminas


Algunos microorganismos son incapaces de sintetizar algunas o todas las vitaminas que necesitan, y de aquí que se les deban suministrar. Muchos alimentos, tanto de origen vegetal como de origen animal, contienen una serie de v vitaminas, aunque es posible que algunas se encuentren en los mismos en escasa cantidad o que falten. A este respecto, las carnes tienen un elevado contenido de vitaminas del grupo B, mientras que su contenido en las frutas es bajo, si bien estas últimas contienen gran cantidad de acido ascórbico. La clara de huevo contiene biotina, pero también contiene avidina, la cual fija la biotina, convirtiéndola en no disponible para los microorganismos y con ello inhibe, como posibles microorganismos productores de alteraciones de los huevos, a aquéllos que para crecer necesitan biotina. Los distintos tratamientos a los cuales se someten los alimentos suelen reducir su contenido vitamínico. La tiamina, el ácido pantoténico, las vitaminas del grupo del ácido fólico y el ácido ascórbico (en presencia de aire) son termolábiles, mientras que la desecación produce la pérdida de vitaminas tales como la tiamina y el ácido ascórbico. Incluso el almacenamiento de los alimentos durante un tiempo prolongado, sobre todo si la temperatura de almacenamiento es elevada, puede tener como consecuencia la disminución de la concentración de algunos de los factores accesorios de crecimiento. Cada una de las especies bacterianas (o de cualquier otro microorganismo) tiene una escala definida de necesidades nutritivas. Para algunas especies esta escala es amplia, y de aquí que crezcan en sustratos muy distintos, característica que es típica de las bacterias coliformes; no obstante, para otras especiesBacterianas, por ejemplo para muchas patógenas, la escala de necesidades es reducida y de aqui que los microorganismos sólo sean capaces de crecer en un corto número de tipos de sustratos. Por lo tanto, la bacterias se diferencian en cuanto a los nutrientes que son capaces de utilizar para obtener energía: Algunas son capaces de utilizar diversos hidratos de carbono, como por ejemplo las bacterias coliformes y las especies de Clostridium, y otras sólo son capaces de utilizar uno o dos, mientras que algunas son capaces de utilizar otros compuestos de carbono, como por ejemplo ácidos orgánicos y sus sales, alcoholes y eteres (especies de Pseudomonas). Algunas son capaces de hidrolizar hidratos de carbono complejos, mientras que otras son incapaces de ello. De igual forma, las necesidades de nitr6geno de bacterias tales como las especies de Pseudomonas pueden ser satisfechas por compuestos sencillos como son el amoniaco o los nitratos; o bien es posible que incluso utilicen o necesiten compuestos m& complejos como son los aminoácidos, los péptidos o las proteínas, característica típica de las bacterias Iácticas. Las bacterias también tienen distintas necesidades de vitaminas o factores accesorios de crecimiento; algunas (Staph. aureus) sintetizan parte de estos factores de crecimiento, mientras que otras (Pseudomonas o E. coli) sintetizan todos los que necesitan, e incluso hay un tercer grupo de bacterias a las que es preciso suministrárselos (las bacterias Iácticas y muchas bacterias patógenas). Se debe insistir en que, en general, cuanto más apropiado es el medio para un determinado microorganismo, tanto más amplios son los intervalos de temperatura, de pH, y de aw dentro de los cuales es capaz de crecer. SUSTANCIAS INHIBIDORAS Y ESTRUCTURA BlOLOGlCA

Las sustancias inhibidoras existentes en el alimento original, añadidas al mismo de forma deliberada o accidental, o producidas por el crecimiento de microorganismos o por los distintos sistemas de tratamiento, pueden impedir el crecimiento de todos los microorganismos o, cosa que ocurre con mayor frecuencia, pueden impedir el crecimiento de determinadas especies. Constituyen ejemplos de inhibidores naturales las lacteninas y el factor anticoliforme de la leche


recién ordeñada, la lisozima de la clara de huevo y el ácido benzoico de los arándanos encarnados. Todo microorganismo que crece en un alimento puede producir una o más sustancias inhibidoras de otros microorganismos, pudiendo tratarse de ácidos, alcoholes, peróxidos, e incluso antibióticos. El ácido propiónico producido por las bacterias propi6nica.s en el queso suizo, inhibe a los mohos; el alcohol, producido en gran cantidad por las levaduras de la fermentación vínica, inhibe a los microorganismos competidores; y la nisina, producida podre terminadas cepas de Streptococcus lactis, lo mismo puede ser útil para inhibir los clostridios productores de gas que fermentan los lactatos durante la maduración del queso, como indeseable por retardar el crecimiento de algunos estreptococos productores de ácido láctico que son indispensables durante su elaboración.

También existe la posibilidad de que las sustancias inhibidoras que contienen los alimentos sean destruidas por microorganismos. Determinados mohos y determinadas bacterias son capaces de destruir algunos de los compuestos f que se añaden a la carne o al pescado mediante el ahumado, o el acido benzoico que se añade a los alimentos; el dióxido de azufre es destruido por levaduras resistentes al mismo; y los lactobacilos son capaces de inactivar la nisina. El calentamiento de los alimentos puede ser el responsable de que se formen sustancias inhibidoras: El calentamiento de los lípidos puede acelerar su oxidación convirtiéndolos en inhibidores, mientras que la caramelización de los jarabes azucarados concentrados puede dar lugar a que se produzcan furfural e hidroxi metil furfural, los cuales inhiben a los microorganismos fermentadores. El almacenamiento de alimentos a temperaturas elevadas durante mucho tiempo puede producir resultados parecidos.

Se ha observado la influencia que ejerce la estructura biológica de los alimentos en la protección de los mismos frente a las alteraciones. Las partes internas de los tejidos internos y sanos de las plantas y de los animales vivos son estériles o contienen una escasa carga microbiana. Por consiguiente, a no ser que se les haya dado la oportunidad para que penetren, los microorganismos productores de alteraciones, es posible que en su interior se encuentren en escasa cantidad o que no existan. Los alimentos suelen estar provistos de una envoltura protectora que les rodea, como es la cáscara de los huevos, la piel de las canales de l a s aves, la cáscara de las nueces, y la corteza o piel de las frutas y hortalizas, o es posible que hayamos envuelto el alimento con una envoltura artificial, por ejemplo, plhtico o cera. Esta protección física del alimento no sólo puede contribuir a conservarlo, sino que también puede determinar el tipo, la velocidad y el curso de la alteración. Las capas de grasa existentes en la superficie de la carne pueden proteger esta parte de la misma, y las escamas pueden proteger la parte externa del pescado. Por otra parte, el aumento de la superficie expuesta del alimento, como consecuencia de las operaciones de pelado, desuello, troceado o trituración, es posible que sirva no sólo para diseminar los microorganismos que producen alteraciones, sino también para liberar los jugos que contienen sustancias nutritivas para los microorganismos invasores. La disgregación de los tejidos por la congelación puede tener consecuencias parecidas.

En la carne, el crecimiento de las bacterias que la alteran tiene lugar principalmente en el líquido existente entre las finas fibras musculares y únicamente después de la fase rigidez cadavérica es cuando es liberado de las fibras gran cantidad de este líquido nutritivo el cual puede ser utilizado por los microorganismos productores de alteraciones.


EFECTOS COMBINADOS DE LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CRECIMIENTO

Cada uno de los factores propios de la composición de los alimentos aw, pH, potencial de óxido -reducción y contenido de nutrientes pueden influir de forma importante en el tipo de flora microbiana resultante. Algunos de estos factores interaccionan entre sí, y de aquí que se deban valorar teniendo en cuenta la ecología global del alimento. Por ejemplo, un microorganismo que crece a un pH próximo a su valor optimo tolerad mejor los cambios de wa, que uno que crezca a un pH próximo a sus valores minimo o máximo. Por lo tanto, se puede observar un efecto inhibidor combinado debido a los valores desfavorables del pH y de la wa. Con el fin de impedir o retardar el crecimiento de los microorganismos, se pueden manipular varios de estos factores en vez de ajustar uno solo de los mismos a un valor inhibidor.

El estudio de los factores que influyen en la germinación de l a s esporas de Clostridium botulinum ha puesto de manifiesto que existen interacciones o efectos combinados debidos a la u,,,, al pH, a la temperatura, al potencial de O-R, y a las concentraciones de cloruro sódico y de nitrato sódico del alimento. La dificultad de recopilar numerosos valores exactos correspondientes a una gran cantidad de variables, puede hacer necesaria la construcción de modelos matemáticos para predecir el sistema de conservación apropiado. Para predecir el nivel del posible riesgo debido al crecimiento de Stupllylococcus y de Sulmonellu typhimm (Broughall y Brown, 1984)s e han utilizado técnicas para definir el efecto de dos factores (pH y Wa) que influyen en el crecimiento de los microorganismos junto con el efecto de la temperatura.

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1.1 Los Alimentos Como Sustratos de Los Microorganismos - r (1)

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