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Stella M. Alzamora
innova 2007
Tercer Simposio Internacional de Innovación y Desarrollo de Alimentos
LATU, Montevideo, 8-10 de octubre 2007
Universidad de Buenos Aires, ArgentinaCONICET
La problemática de la inocuidad de
alimentos mínimamente
procesados y algunas estrategias
para su control
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Inocuidad de alimentos: preocupación
creciente
las ETAs siguen siendo uno de los problemas de salud pública más
extendidos, independientemente del avance en la ciencia y en la
tecnología;
el mayor conocimiento y conciencia de los efectos crónicos de los
patógenos de alimentos en la salud;
la posibilidad de detectar mínimas cantidades de contaminantes en los
alimentos gracias al avance de los métodos analíticos;
el surgimiento de nuevos patógenos;
el aumento de la población vulnerable (ancianos, inmunocomprometidos,
mal nutridos, etc.);
la mayor conciencia sobre las consecuencias económicas de las ETAs;
la industrialización y la producción a gran escala, que ha conducido a: a)
mayores riesgos de contaminación de alimentos; b) mayor número de
personas afectadas en los brotes;
las prácticas higiénicas pobres en establecimientos / negocios pequeños
y a nivel doméstico
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una cadena de alimentos más compleja debido a la urbanización (
mayores oportunidades para la contaminación de alimentos);
nuevas tecnologías de conservación / procesamiento, con interrogantes
sobre la inocuidad de los productos resultantes o de su manejo
inapropiado durante la distribución y preparación;
el incremento del turismo y del tráfico internacional (mayor exposición a
los peligros alimentarios de otras regiones);
la contaminación creciente del medio ambiente;
la falta de recursos para asegurar la inocuidad de alimentos;
los cambios en los estilos de vida (comida fuera del hogar, en servicios
de comida rápida, restaurantes, o en puestos callejeros, o bien consumo
de alimentos "listos para consumir" que no requieren un tratamiento
térmico previo).
Inocuidad de alimentos: preocupación creciente (cont.)
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Puesta en marcha de mecanismos homoestáticos
modulados por genes o grupos de genes específicos
para adaptarse, desarrollar resistencia, sobrevivir y
potencialmente multiplicarse bajo condiciones
estresantes.
Respuesta de los microorganismos a los
factores de estrés
La preservación de alimentos se basa en
primer lugar en la aplicación de factores de
estrés conducentes a la inhibición del
crecimiento y/o a la muerte de la comunidad
microbiológica, como así también a la
prevención del establecimiento de otras
comunidades.
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Requerimientos del
consumidor
calidad superior a precios aceptables
conveniencia en la preparación y distribución
nutritivos y saludables para un amplio
espectro de la población
más naturales, con menos aditivos
atributos de �frescura�
satisfacción de los hábitos culturales
y étnicos locales y del estilo
actual de vida
Reacción de la industria y
la academia
procesamientos menos severos
menor uso de conservadores �sintéticos�
menores niveles de sales, grasas,
azúcares, ácidos
adición de ingredientes biológicamente
activos (Ca2+, Zn2+, vitaminas,
antioxidantes,etc.)
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Procesamiento mínimo: evolución del concepto
Rolle y Chism, 1987
PM incluye aquellas operaciones previas al escaldado (lavado,
selección, pelado, cortado) que mantienen al tejido vegetal vivo.
Shewfelt, 1987
Los alimentos MP incluyen carne y productos frescos, como así
también cualquier proceso que añada algún valor al producto,
entre ellos bajas dosis de irradiación y �packaging� individual.
Huxsoll y Bolin, 1989
Frutas y vegetales con PM son productos que mantienen sus
atributos de frescura, si bien el tejido puede estar vivo o muerto.
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Wiley, 1994
Vegetales con PM son productos que contienen tejidos vivos o
aquellos cuyos atributos de frescura han sido levemente modificados
pero poseen calidad y características similares a las del producto
fresco.
Ohlsson, 1994
PM incluye aquellas técnicas que causan el menor daño posible en la
calidad del alimento, pero al mismo tiempo otorgan al mismo una vida
útil adecuada para su distribución.
Manvell, 1997
Un PROCESO MÍNIMO es el menor tratamiento posible para alcanzar
un propósito.
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diseñados para obtener alimentos naturales, símil frescos
Pérdida de factores
extrínsecos e intrínsecos de
conservación
menor vida útil,
¿impacto en la inocuidad?
Productos mínimamente procesados
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1- tecnologías tradicionales mejoradas
CALENTAMIENTO OHMICO, POR RADIOFRECUENCIAS, POR MICROONDAS; TRATAMIENTO ASÉPTICO
SECADO AL VACIO, POR MICROONDAS, CON VAPOR SOBRECALENTADO, ULTRASONICO
CONGELACION EN LECHO FLUIDIZADO, CRIOGENICA, USO DE CRIOPROTECTORES
2- tecnologías basadas en la combinación de factores de conservación
tradicionales
ATMOSFERAS CONTROLADAS/MODIFICADAS
PROCESOS PARA ALIMENTOS DE DURABILIDAD EXTENDIDA (sous vide y cocidos-refrigerados)
ENVASADO (films comestibles, envasado reactivo)
TECNICAS DE DECONTAMINACION (microfiltración, sanitizantes)
3- tecnologías basadas en la combinación de factores de conservación
relativamente nuevos o emergentes con otros factores tradicionales o
emergentes
Algunos factores emergentes:
PULSOS ELECTRICOS DE ALTO VOLTAJE , ALTAS PRESIONES HIDROSTATICAS,
LUZ ULTRAVIOLETA , PULSOS DE LUZ, ANTIMICROBIANOS NATURALES,
ULTRASONIDO, IRRADIACION, OZONO
GASES IONIZADOS, AIRE CON IONES NEGATIVOS
Tecnologías �de mínimo procesamiento�
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Contaminación microbiana cruzada
Refrigeración no adecuada
Presencia de patógenos psicrótrofos
Abuso de producto en la distribución, comercialización y hogar
La legislación recomienda la utilización de barreras
múltiples en adición a la refrigeración para impedir el
crecimiento microbiano y/o la supervivencia de
patógenos infecciosos
Alimentos mínimamente procesados cuya estabilidad
en el almacenamiento se basa en el uso de frío
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Aplicación de factores de inactivación �no térmicos�
Mecanismos de acción no totalmente elucidados y dependientes de la intensidad del factor de estrés.
Equivalencia de la inactivación???
Organismos más resistentes???
Muchos de ellos, a las dosis que pueden usarse en alimentos, son efectivos contra células vegetativas pero las esporas de bacterias y hongos y las enzimas son refractarias
A dosis elevadas del factor, deterioro en la calidad y/o limitaciones técnicas
Resistencia al factor de estrés (sobre todo a bajas dosis) no uniforme en todos los miembros de la población microbiana.
Estrategia factores de estrés adicionales aplicados
a niveles subletales que actúen simultáneamente durante la
aplicación del factor �no térmico� incrementando la
inactivación, o que actúen en forma sucesiva a la aplicación
de éste inhibiendo el crecimiento de los microorganismos
resistentes
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Los métodos de procesamiento mínimo son técnicas
combinadas de conservación en las que la homeostasis
microbiana activa de las células vegetativas y refractaria de
las esporas se interfiere mediante la interacción aditiva y/o
sinérgica de distintos estreses subletales.
Los microorganismos que no son inactivados
durante el proceso o que son inhibidos en su crecimiento
consumen energía para oponerse al medio hostil, lo que
los conduce al agotamiento metabólico y posterior muerte.
La eficiencia de la inactivación puede ser
incrementada por el uso de factores coadyuvantes.
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Estrategias para mejorar la inocuidad de
alimentos mínimamente procesados
Diseñar racionalmente las tecnologías combinadas en base al
conocimiento de la fisiología microbiana
Ejemplo 1: agregado de �hurdles� � en aquellos puntos críticos
que son difíciles de controlar.
Ejemplo 2: agregado de �hurdles� coadyuvantes de la inactivación.
Empleo de microbiología predictiva como una herramienta
para la selección de los �hurdles�
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Puesta en marcha de mecanismos homoestáticos modulados por genes o
grupos de genes específicos para adaptarse, desarrollar resistencia,
sobrevivir y potencialmente multiplicarse bajo condiciones estresantes.
Mecanismos homeostáticos activos (cél. vegetativas)
La célula microbiana debe gastar energía para contrarrestar el estrés
impuesto por el medio ambiente extremo (por ej. para sintetizar nuevos
componentes, reparar componentes dañados, incrementar el transporte de
moléculas específicas a través de las membranas celulares).
Mecanismos homeostáticos pasivos (esporas)
Son parte de la constitución celular (antes de que el estrés sea impuesto)
(�homeostasis refractaria�) y no requieren energía para operar (por ej.,
mecanismos construidos en la espora bacteriana durante su formación, que
le permitirán resistir altas temperaturas y otros estreses extremos).
Mecanismos homeostáticos de población
Mantienen la población de m.o. en un dado nicho ecológico relativamente
constante, aunque el medio esté cambiando, para excluir potenciales
competidores (ej. excreción de ácidos y síntesis de agentes antimicrobianos
naturales, tales como nisina y otras bacteriocinas, por bacterias lácticas
para prevenir la invasión del nicho ecológico por otros m.o.).
Respuesta de los microorganismos a los factores de estrés
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Reducción de la
aw, reducción
del pH, adición
de ionóforos y
de otros
compuestos
activos a nivel
de la membrana
Exclusión de O2,
limitación de
nutrientes,
reducción de la
temperatura
Germinantes
naturales o
falsos
disparadores
Ataque
químico o
enzimático
sobre el
cortex,
cutícula, etc.
Medios de
interferencia
Incremento en la
demanda de
energía
Reducción en la
disponibilidad de
energía
Germinación
Daños a las
estructuras
celulares
Factores que
interfieren con
la homeostasis
Homeostasis
Espora
Pasiva, no energética
Célula vegetativa
Activa, mantenida energéticamente
(Gould et al., 1983)
Modos de acción de las tecnologías de conservación
Interferencia de las reacciones homeostáticas que los
microorganismos han desarrollado para resistir los factores de
estrés.
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Adaptación al estrés : tolerancia inducida
� Regulación de la expresión de genes (regulador fase
estacionaria RpoS).
� Resistencia inducida a estreses homólogos y
heterólogos (�protección cruzada�).
Estados fisiológicos de la
célula microbiana expuesta a
diferentes tipos de estreses.
recupera
ción
saludable
adaptada al
estrés
estrés leve
recuperación estresada
estrés moderado
recuperacióninjuriada estrés severo
muerta
To
lera
nc
ia r
ela
tiva
al
es
tré
s
Estado fisiológico
adaptación
(Yousef y Juneja,2003)
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Las bacterias adaptadas a estreses leves son capaces de resistir
estreses similares (homólogos) o diferentes (heterólogos) y, en muchos
casos, sobreviven en condiciones que normalmente hubieran sido
letales (estreses severos) o injuriosos (estreses moderados)
¿Cuál es la implicancia de la adaptación al
estrés en la inocuidad de alimentos?
Peligro potencial para la salud de la población
en riesgo, especialmente en el caso de
patógenos de bajas dosis infecciosas y alta
virulencia
Estrategias de control
� Evitar la aplicación de estreses leves en forma sucesiva
� Incrementar la aplicación de barreras múltiples
� Aplicar estrategias integradas de control microbiano
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Quorum sensing
Comunicación entre células bacterianas mediadas por
compuestos de señalización de bajo peso molecular
excretados por las bacterias.
A partir de cierto nivel crítico de estos compuestos, los
organismos sensan que hay quorum y responden a
través de la expresión en forma coordinada de ciertos
genes, modulando la esporulación, formación de biofilm,
producción de bacteriocinas, respuesta de virulencia,
etc., para sobrevivir.
Incremento de la habilidad de las células para acceder a
nutrientes o a nichos ambientales más favorables y
mejorar sus defensas contra huéspedes eucariotas,
bacterias competitivas y estreses ambientales.
la interferencia del mecanismo de señales célula a célula
podría permitir modular la virulencia de patógenos y su
control.
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Evolución microbiana
Las bacterias tienen una enorme capacidad de mutar, integrar nuevo
material genético y recombinar material genético para asegurar su
supervivencia.
El intercambio genético contínuo entre bacterias indica que los
patógenos continuarán evolucionando a medida que adquieren
diferentes combinaciones de factores de virulencia.
Heterogeneidad de la población en la respuesta al estrés
Los estudios sobre los caminos de generación de dicha
heterogeneidad sugieren que dicha diversidad intrínseca transiente
en fenotipos de células individuales es necesaria para la
supervivencia .
Consecuencia: habilidad de una pequeña fracción de la población
para sobrevivir la exposición a estreses que matan a la mayoría de
la población.(Booth, 2002)
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Estrategias para mejorar la inocuidad de
alimentos mínimamente procesados
Diseñar racionalmente las tecnologías combinadas en base al
conocimiento de la fisiología microbiana
Ejemplo 1: agregado de �hurdles� � en aquellos puntos críticos
que son difíciles de controlar.
Empleo de microbiología predictiva como una herramienta
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Ejemplo 2: agregado de �hurdles� coadyuvantes de la inactivación.
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PROCESOS SOUS VIDE
�la cuisson sous vide� �cocido-enfriado� �hot-fill�
Envasado bajo
vacío
Cocción
Enfriamiento
Cocción
Preenfriamiento
Envasado bajo
vacío
Pasteurización o
cocción secundaria
Enfriamiento
Cocción
Envasado bajo
vacío
Enfriamiento
Almacenamiento
refrigerado
(3ºC)Carne, pescado,
pollo, vegetales y
pastas Sopas, salsas,guisos
Sopas, salsas, guisos
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>362622132
>36>22>1871
2410107012
>80>55>32>282
>55>38>28141
>40>34>28808
321.20
Sodium lactate
(%)
Salt
(%)
Temperature
(ºC)
Influence of salt and sodium lactate levels on non-proteolytic
Clostridium botulinum time to toxin production in cooked turkey
meat inoculated with 100 spores and incubated at 8 and 12ºC for up
to 80 day
Predictive regression model:
Log (1/LP) = 2.29 0.123(NaCl) + 0.22(NaL) + 0.439(T)1/2
+0.02(T)1/2 (I) with R2 = 0.945
(Meng & Genigeorgis, 1993; Juneja, 1998)
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Guía y códigos de práctica seguidos por el Advisory
Committee on the Microbiological Safety of Food, UK, para
prevenir la producción de toxina de C. botulinum
Almacenamiento a < 3,3ºC
Almacenamiento a 5ºC y vida útil 10 días
Almacenamiento a 5 � 10ºC y vida útil 5 días
Almacenamiento a temperatura de refrigeración combinado con un
tratamiento térmico de 90º - 10� o equivalente
Almacenamiento a temperatura de refrigeración combinado con un pH
5,0
Almacenamiento a temperatura de refrigeración combinado con una aw
0,97
Almacenamiento a temperatura de refrigeración combinado con un
tratamiento térmico y otros factores de preservación que prevengan el
crecimiento y producción de toxina por C. botulinum
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Diseñar racionalmente las tecnologías combinadas en base al
conocimiento de la fisiología microbiana
Ejemplo 1: agregado de �hurdles� � en aquellos puntos críticos
que son difíciles de controlar.
Empleo de microbiología predictiva como una herramienta
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Ejemplo 2: agregado de �hurdles� coadyuvantes de la inactivación.
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0
0.5
1
1.5
2
0 2 4 6 8 10Tiempo (min)
Fre
cu
en
cia
(m
in-1
)
control
900V+25C
1100V+25C
0
0.5
1
1.5
2
0 2 4 6 8 10Tiempo (min)
Fre
cu
en
cia
(m
in-1
)
control
900V+25C
1100V+25C
500V+75C
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
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Tiempo (min)
Lo
g (
N/N
0)
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Tiempo (min)
Lo
g (
N/N
0)
(Char,
Guerrero,
Alzamora ,
2005, 2007)
Inactivación térmica de Listeria innocua en jugo de naranja con el agregado
de distintas combinaciones de vainillina (0, 500, 900, 1100 ppm) y citral (0,
25, 75 ppm)
52ºC57ºC
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Puntos a tener en cuenta en la aplicación de la
tecnología de barreras
Compatibilidad organoléptica
Adaptación de los m.o. a estreses subletales
(�tolerancia inducida�)
Interacción entre los factores de estrés y la matriz
alimentaria
Consideración del efecto del(los) factor(es) a aplicar
en todas las etapas del proceso
Características de la interacción de los factores
(aditiva, sinérgica o antagónica)
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La microbiología predictiva o ecología
microbiana cuantitativa consiste en el
desarrollo y aplicación de expresiones
matemáticas para describir el
crecimiento, la supervivencia, la
inactivación o los procesos bioquímicos
de los microorganismos en condiciones
ambientales específicas.
Ecología microbiana cuantitativa
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Modelos de crecimiento, supervivencia e inactivación de
microorganismos
Existen dos grandes categorías de modelos, de acuerdo al fenómeno
que predicen:
Modelos de crecimiento
Modelos de inactivación / supervivencia
En cada categoría los modelos pueden ser:
primarios: describen el cambio en el número de microorganismos u otra
respuesta microbiana (ufc/ml, cantidad de toxina, niveles de sustrato,
productos metabólicos, absorbancia, conductividad, etc.) en función del
tiempo;
secundarios: describen la respuesta de los parámetros del modelo primario a
cambios en los factores ambientales (aw, T, pH, etc.);
terciarios: son rutinas de software que transforman los modelos primarios y
secundarios en programas �amigables� para usuarios, desde simples
softwares de aplicación hasta sistemas expertos o programas de simulación
de evaluación de riesgos.
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Si bien la variabilidad y la incertidumbre en la
respuesta microbiana son altas, la acumulación
de muchos datos obtenidos en forma
sistemática y de acuerdo a un protocolo permite
obtener un PATRON de conducta.
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La predicción de la conducta
microbiana bajo varias
combinaciones de factores permite la selección
de los factores a combinar y de los
mínimos niveles que aseguren
estabilidad con base cuantitativa.Una vez establecidas
las distintas combinaciones
equivalentes de factores
que aseguren la estabilidad
para una dada vida útil,
elección de la mejor
combinación desde el
punto de vista sensorial,
nutricional, costo, etc.En oposición a los ensayos tradicionales
de reto microbiano, ausencia o presencia
de microorganismos, crecimiento o no
crecimiento, el enfoque cuantitativo
permite comparar cuantitativamente
el efecto de los cambios en los niveles
de los factores e inferir la sensibilidad
microbiana a los mismos.
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FUTUROFUTURO
�Finding the right balance between QUALITY
and SAFETY relies more and more on having a
thorough understanding of the integrated
product preservation from ingredients to
consumer use��
ter Steeg & Ueckert, 2002.
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Evaluación cuantitativa, bases de
datos, combinaciones equivalentes de
retención de calidad total de acuerdo a
la vida útil deseada
Conocimiento sistemático
de los factores
combinados en la calidad
sensorial, nutricional y
funcional
Conocimiento sistemático
de los factores combinados
en la inocuidad y el
deterioro microbiano
(bases fisiológicos, cadena
alimentaria, ecología
microbiana)
Diseño de
procesos
mínimos
multifactoriales
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