BIOPELCULAS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Son comunidades complejas de microorganismos y polmeros extracelulares, adheridas a una superficie slida, incluyendo superficies minerales, tejidos vivos o muertos de animales o plantas, polmeros sintticos, cermicas y aleaciones de metales.

SUSTANCIAS POLIMRICAS EXTRACELULARES (EPS)

Las EPS pueden contener:

- Polisacridos - Protenas - Fosfolpidos - cidos Nucleicos - cidos Teicoicos - y otras sustancias polimricas hidratadas con un porcentaje de agua entre 85 y 95%.

Las biopelculas pueden estar compuestas por 10-25% de clulas y 75-90% de matriz EPS.

VENTAJAS PARA LOS MICROORGANISMOS

La formacin de biofilms es una estrategia adaptativa de los microorganismos, ya que el crecimiento en biofilm ofrece cuatro ventajas importantes:

1. Protege a los microorganismos de la accin de los agentes adversos. 2. Incrementa la disponibilidad de nutrientes para su crecimiento. 3. Facilita el aprovechamiento del agua, reduciendo la posibilidad de deshidratacin. 4. Posibilita la transferencia de material gentico (ADN).

BIOPELCULAS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Algunos microorganismos tiles y bacterias patgenas tienen la capacidad de adherirse y crecer en los alimentos y/o en las superficies que estn en contacto con ellos formando biopelcula.

- Pseudomonas - Vibrio - Escherichia - Salmonella - Listeria - Streptococcus - Staphylococcus - Mycobacteria

Adems de contaminar los alimentos, dificultan y perjudican las operaciones y los procesos como consecuencia de generar prdidas de energa, reduccin de flujo en tuberas, taponamiento de poros de membranas, corrosin, olores desagradables, fallas en equipos y deficiencia en la transmisin de calor. Esto genera elevados costos de limpieza y mantenimiento.

BASES QUMICAS Y FISICOQUMICAS

PROCESO DE FORMACIN

Las biopelculas se forman en cualquier superficie en la que haya bacterias. Se forman siguiendo la secuencia de eventos de la figura.

1. Los nutrientes alimenticios se adsorben en la superficie formando una pelcula de acondicionamiento. Esto da lugar a una mayor concentracin de nutrientes, en comparacin con la fase lquida.

2. Los microorganismos se adhieren a la superficie acondicionada. La adhesin de las bacterias inicialmente es reversible (fuerzas fsicas como las electrostticas y estricas, Van de Waals e interacciones hidrofbicas) y ms tarde irreversible (interacciones dipolo-dipolo, enlaces de hidrgeno, inicos y covalentes).

Los flagelos, fimbrias y fibrillas estn implicados en el acondicionamiento de la pelcula. El exopolisacrido es importante en la adhesin de clula a clula y de clula a superficie, y tambin las protege frente a la deshidratacin.

3. Las bacterias adheridas irreversiblemente crecen y se dividen formando microcolonias, que se desarrollan y despus se unen con otras formando una capa celular que cubre la superficie. Durante esta fase producen ms polmeros que incrementan la fijacin y estabilizan la colonia frente a los cambios ambientales.

4. La adherencia y crecimiento continuo de las clulas bacterianas y la produccin de exopolisacrido lleva a la formacin de ms biopelcula.

5. La biopelcula, a medida que envejece, va fragmentndose y desprendindose de porciones de biomasa relativamente grandes. Las bacterias de las porciones desprendidas pueden contaminar los alimentos o bien iniciar la formacin de una nueva biopelcula.

QUORUM SENSING

La interrelacin, va mensajeros de pequeas molculas, denominada quorum sensing, beneficia a la bacteria al permitirle sentir la presencia de microorganismos vecinos, determinar la densidad de la poblacin existente y responder a eventuales condiciones cambiantes.

El proceso quorum sensing funciona debido a que cada bacteria que se une a una superficie produce una molcula seal yo estoy aqu, de manera tal que mientras ms bacterias se unen, se incrementa la concentracin local de esta seal. Una vez logrado esto, se inducen diferentes fenmenos en la bacteria, para finalmente construir un biofilm.

Se objetivo es coordinar determinados comportamientos o acciones entre microorganismos del mismo gnero, de acuerdo a su nmero. A menos que est presente un nmero adecuado de clulas bacterianas en la vecindad, los costos de la produccin de un biofilm para una bacteria individual superan los beneficios.

Los grmenes que utilizan quorum sensing elaboran y secretan molculas sealizadoras llamadas auto-inductores.

Las principales molculas empleadas para comunicarse con las dems bacterias son las acil-homoserina-lactonas, que predominan en bacterias Gram (-), mientras que los oligopptidos modificados prevalecen en grmenes Gram (+).

MODELOS DE PREDICCIN

- Teora de monocapa de la biopelcula. - Teora estructural en 3D: Teora multicapa. - Teora actual; basada principalmente en la evidencia entregada por el microscopio de barrido con lser

confocal. Este instrumento ha permitido visualizar una estructura como un hongo en la biopelcula con estructuras areas denominadas torres, pedestales y canales de agua. Este modelo propone que el crecimiento celular en la periferia es rpido y lento en el interior. Se ha demostrado que el rango de la porosidad de las biopelculas maduras en la parte superior es de 89% y del 5% en la capa del fondo, evidencia que confirma este modelo.

CONTROL Y REMOCIN DE LAS BIOPELCULAS

Los nutrientes, el agua limitante, el diseo de los equipos y el control de temperatura son las variables de operacin que no se pueden modificar en el proceso, por tanto el control de la biopelcula queda reducido a la efectividad de la limpieza y desinfeccin que se realice sobre las reas y equipos de trabajo.

La limpieza puede estar acompaada por el uso de qumicos o la combinacin de efectos fsicos y qumicos. Agentes alcalinos, agentes cidos, quelantes, enzimas, esterilizacin con vapor, entre otros.

La formacin de aerosoles es frecuentemente la principal fuente de dispersin de los microorganismos. Son formados durante el lavado de las superficies u drenajes, o cuando las biopelculas se secan y liberan material particulado.

La inundacin de los desages de los pisos produce un aerosol que incrementa la microflora en el aire. Se ha demostrado que despus de 210 minutos de la generacin de un aerosol, Listeria monocytogenes era detectable en el aire.

La implementacin y cumplimiento de sistemas de calidad como las Buenas Prcticas Agrcolas (BPA), Buenas Prcticas de Manufactura (BPM), Anlisis de Peligros y Puntos Crticos de Control (HACCP), sistemas ISO (9000, 14000, 22000), disminuyen los eventos de correccin dados por prcticas deficientes en el proceso.

INDUSTRIA LCTEA

En el transporte de leche cruda refrigerada se han generado problemas de contaminacin con Bacillus cereus, el cual promueve alteraciones de las protenas y lpidos de la leche, por proteasas y lipasas, disminuyendo la vida til de los productos.

Se ha encontrado que las superficies de equipos post-pasteurizacin, as como otros equipos implicados en la cadena lctea son reservorios de este microorganismo.

Operaciones del procesamiento lcteo

La formacin de depsitos en intercambiadores de calor causa la reduccin de la eficiencia y el aumento de la cada de presin, afectando la economa de las plantas de procesamiento. Adems, el fluido no se puede calentar a la temperatura requerida, con lo que se puede deteriorar el producto y debido a los depsitos desalojados por el flujo del fluido, puede originarse contaminacin.

Entre los mecanismos de remocin de estas biopelculas se pueden utilizar el ozono, el agua electrolizada y el lavado hidrulico, entre otros.

VEGETALES FRESCOS

Los vegetales frescos han sido identificados como medios de transporte de bacterias patgenas altamente importantes en salud pblica, tales como Salmonella, Shigella, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, entre otros.

Las bacterias no patgenas pueden constituir comunidades de biopelculas en vegetales como lechiga y tomate, y los microorganismos potencialmente patgenos pueden llegar a ser retenidos y protegidos dentro de estas biopelculas.

Se demostr que el cido lctico al 0,2%, seguido de cloro a 200 ppm y cloruro de lauril dimetil bencil amonio al 0,1g/ml fue el tratamiento de sanitizantes ms eficiente en tomates contaminados con Yersinia enterocolitica.

La FDA (Food and Drug Administration) ha propuesto que los tratamientos con sanitizantes en vegetales frescos deben ser capaces de reducir la carga de patgenos a un mnimo de 5 log UFC, sin afectar las caractersticas sensoriales del producto tratado.

INDUSTRIA CRNICA

La microflora de aves incluye patgenos tales como Salmonella spp., Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes y Escherichia coli, esta ltima formando parte de la microflora intestinal. Con la aparicin de E. coli enterohemorrgica O157:H7, esta se ha convertido en una fuente de contaminacin ms importante que la causada por Salmonella.

Estos microorganismos pueden atacar fuertemente tanto la piel como los msculos de las aves, y las superficies de los equipos de procesamiento. Una combinacin biocida de perxido de hidrgeno, bisulfato de sodio y timol es eficaz contra E. coli y S. typhimurium adheridas a la piel de pollos.

La contaminacin de carne en el ambiente de proceso puede ocurrir en cualquier estado, desde el sacrificio hasta el embalaje. Se ha reportado que las clulas de la biopelcula podran interactuar con protenas (fibronectina, laminina y colgeno) de la carne y adherirse exitosamente a su superficie.

BIOPELCULAS EN LE INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Se han diseado sistemas que se pueden montar in situ, para observar las condiciones de flujo de la biopelcula, sus propiedades elsticas y otras caractersticas utilizando microscopa de barrido con lser confocal (CLMS).

Este tipo de tcnicas permite analizar el comportamiento antes, durante y despus de una superficie expuesta a diferentes compuestos qumicos para evaluar la reduccin de la adhesividad de las bacterias y consecuente formacin de biopelculas.

Sera importante que el sector agroalimentario pueda acceder a las nuevas tecnologas en beneficio de las empresas y los consumidores.