FACTORES DE CRECIMIENTO MICROBIANO

1.- OBJETIVO

Conocer los factores que permiten crecer a los microorganismos.

Permitir saber qué hacer para controlar su crecimiento.

Evaluar el efecto de distintos factores sobre el crecimiento microbiano

Observar el comportamiento de diferentes especies bacterianas con los factores de temperatura, pH, concentración de NaCl, concentración de oxigeno, concentración de nutrientes.

2.- FORMAS DE CONTROLAR EL CRECIMIENTO MICROBIANO

Destruyendo los microorganismos más importantes. Reduciendo-deteniendo su multiplicación. Estimulando el crecimiento de los microorganismos deseados.

3.- FASES DEL CRECIMIENTO MICROBIANO

Fase de latencia: período de adaptación de un microorganismo a un nuevo medio de cultivo.

Fase exponencial o logarítmica: aumento regular de la población que se duplica a intervalos regulares de tiempo.

Fase estacionaria: cese del crecimiento por agotamiento de nutrientes, por acumulación de productos tóxicos, etc.

Fase de declinación o muerte: el número de células que mueren es mayor que el número de células que se dividen.

4.- FACTORES QUE CONDICIONAN EL CRECIMIENTO MICROBIANO

Existen factores que condicionan el crecimiento microbiano, de los cuales se puede clasificar en intrínsecos (nutrientes, PH, concentración NaCl y actividad de agua) y en extrínsecos o dependientes del medio ambiente (temperatura, humedad, radiaciones y tensión de Oxigeno).

La combinación de estos factores es la que condiciona que los microorganismos mueran, se reproduzcan o sobrevivan.

La temperatura es uno de los parámetros ambientales más importantes que condiciona el crecimiento y la supervivencia de los microorganismos. Cada microorganismo tiene un margen de temperaturas en el cual pueden crecer. Este margen viene delimitado de una temperatura máxima de crecimiento, a partir de la cual no pueden vivir e incluso mueren; la temperatura mínima por debajo de la cual no pueden crecer aunque generalmente no mueren; y la temperatura óptima a la cual su crecimiento es más rápido. A estas tres temperaturas se les denomina temperaturas cardinales.

Además de la temperatura, la concentración de iones de hidrógeno del medio ambiente (pH) ejerce una gran influencia en el crecimiento de un microorganismo el cual al igual que la temperatura limita la actividad de enzimas, por lo que existe para cada organismo una concentración óptima de iones

de hidrógeno en la que crece mejor. Estos rangos son: mínimos, óptimos y máximos, y son definidos cuando la composición del medio, temperatura de incubación, y la presión osmótica se mantiene constante, ya que en caso contrario la variación de un factor podría cambiar los requisitos de la concentración de iones de hidrógeno. Aparte de los factores físicos como lo son el calor o las radiaciones también encontramos métodos químicos, el cual correspondería a desinfectantes, antisépticos y antibióticos.

El control de los microorganismos mediante antibióticos es crucial para la prevención y tratamiento de enfermedades. El éxito de un antibiótico depende de su toxicidad selectiva, es decir, ser capaz de causar el menor daño posible en un individuo al matar un patógeno. Sin embargo las bacterias y microorganismos tienen la capacidad de resistir los efectos parcial o totalmente de un antibiótico, generando una resistencia que se transfiere a la descendencia, esta resistencia es principalmente causada por el uso indiscriminado e irracional de algún antibiótico a la bacteria.

4.1.-FACTORES INTRÍNSECOS

Son factores intrínsecos todos los que se refieren a las características físico-químicas de los alimentos.

Estos factores tienen una acción preponderante sobre el crecimiento de los microorganismos, ya que casi todos los alimentos constituyen para la mayoría de los microorganismos un medio más o menos favorable para su crecimiento. Así, el tipo de nutrientes presentes, el pH, la disponibilidad de agua y la disponibilidad de oxígeno son los factores intrínsecos que de una manera general, más influyen en el crecimiento de los microorganismos en los alimentos.

4.1.1.-Actividad de agua (Aw)

Los microorganismos requieren la presencia de agua, en una forma disponible, para que puedan crecer y llevar a cabo sus funciones metabólicas.

Actualmente, las necesidades de los microorganismos en agua se expresan en términos de actividad de agua del medio ambiente, que se define como la relación entre la presión del vapor de agua del sustrato y la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura.

La aw de la mayoría de alimentos frescos es superior a 0.99. Esta puede reducirse aumentando la concentración de solutos en la fase acuosa de los alimentos mediante la extracción del agua o mediante la adición de solutos. Uno de los métodos más antiguos utilizados por el hombre para conservar los alimentos ha sido la desecación basada en la reducción de la Aw, durante el curado y el salazonado.

La conservación es una consecuencia de la eliminación del agua, sin la cual los microorganismos no pueden crecer. Igualmente ocurre en el almíbar y otros alimentos azucarados, donde los solutos añadidos disminuyen la Aw. Un pequeño descenso de la Aw es, a menudo, suficiente para evitar la alteración del alimento, siempre que esta reducción vaya acompañada por otros factores antimicrobianos.

La mayoría de las bacterias y hongos crece bien a Aw entre 0,98 y 0,995; a valores más bajos la velocidad de crecimiento y la masa celular disminuyen, a la vez que la duración de la fase de latencia aumenta hasta cesar el crecimiento. Algunos tipos de microorganismos son capaces de crecer en condiciones de alto contenido de sal (baja Aw); cuando tienen la capacidad de supervivencia a baja Aw, o sea, en medios hipertónicos se les denominan osmófilos, xerófilos si tienen capacidad de crecer en ambientes con baja humedad y halófilos si crecen en ambientes con alta concentración de sales. La baja Aw reduce también la tasa de mortalidad de las bacterias, ya que una baja aw puede protegerlas durante tratamientos térmicos.

Ilustración 1 Actividad de agua de algunos alimentos.Ilustración 2. Actividad de agua a las que crecen algunos microorganimos en ciertos alimentos.

4.1.2.-pH

La mayoría de los microorganismos crecen a pH entre 5 y 8 unidades, aunque en general los hongos y las levaduras son capaces de crecer a pH más bajos que las bacterias. Puesto que la acidificación del interior celular conduce a la pérdida del transporte de nutrientes, los microorganismos no pueden generar más energía de mantenimiento y, a una velocidad variable según las especies, se produce la muerte celular.

En general, la presencia de ácidos en el alimento produce una drástica reducción de la supervivencia de los microorganismos. Los ácidos fuertes (inorgánicos) producen una rápida disminución del pH externo, aunque su presencia en la mayoría de los alimentos es inaceptable. Los ácidos orgánicos débiles son más efectivos que los inorgánicos en la acidificación del medio intracelular debido a que es más fácil su difusión a través de la membrana celular en su forma no disociada (lipofílica); posteriormente se disocian en el interior de la célula inhibiendo el transporte celular y la actividad enzimática.

La actividad antimicrobiana de un ácido orgánico o de su éster se debe a las moléculas no disociadas de este compuesto por ser las formas moleculares más solubles en las membranas

celulares; es por esto que sólo los ácidos orgánicos lipofílicos tienen actividad antimicrobiana. Estos compuestos inhiben el crecimiento de los microorganismos o los matan por interferir con la permeabilidad de la membrana celular, al producir un desacoplamiento del transporte de substratos y del transporte de electrones de la fosforilación oxidativa; como consecuencia de esto las bacterias no pueden obtener energía y mueren. La mayoría de los ácidos orgánicos resultan poco eficaces como inhibidores del crecimiento bacteriano a los valores de pH de 5.5 a 5.8 unidades y son más eficaces a altas concentraciones y a pH más bajos. De todos los ácidos orgánicos el más efectivo como agente antimicrobiano es el acético.

4.1.3.-Potencial Redox

Desde hace mucho tiempo se sabe que los microorganismos presentan diferentes grados de sensibilidad al potencial de oxido reducción, hecho que se ha observado especialmente en los medios de cultivo. Se piensa que el potencial redox es un factor selectivo importante en todos los ambientes, incluidos los alimentos, que probablemente influye en los tipos de microorganismos presentes y en su metabolismo.

El potencial redox indica las relaciones de oxígeno de los microorganismos vivos y puede ser utilizado para especificar el ambiente en que un microorganismo es capaz de generar energía y sintetizar nuevas células sin recurrir al oxígeno molecular: los microorganismos aerobios requieren valores redox positivos y los anaerobios negativos.

Cada tipo de microorganismo sólo puede vivir en un estrecho rango de valores redox. Entre las sustancia que ayudan a mantener en los alimentos condiciones de reducción se encuentran los grupos –SH presentes en las carnes y el ácido ascórbico y los azúcares reductores en las frutas y verduras.

El potencial redox de un alimento se determina por:

1) el potencial característico de óxido reducción del alimento original.

2) la capacidad de equilibrio, que es la resistencia del alimento a variar su potencial.

3) la tensión de oxígeno de la atmósfera que envuelve al alimento.

4) la posibilidad de acceso de la atmósfera al alimento.

4.1.4.-Nutrientes

Los microorganismos requieren para su desarrollo los siguientes elementos: agua, fuentes de energía, fuente de nitrógeno, vitaminas y otros factores de crecimiento y minerales. Las bacterias Gram positivas y Gram negativas requieren necesidades de agua más elevados para poder desarrollarse, es decir, mayor cantidad de agua libre que los mohos, a su vez las levaduras necesitan más agua libre que los mohos.

Los microorganismos pueden utilizar azúcares, alcoholes y aminoácidos como fuente de energía. Algunos de ellos son capaces de emplear la energía de carbohidratos complejos, como almidones y celulosa, ya que tienen la capacidad de degradar estos compuestos hasta azúcares sencillos. También las grasas son utilizadas como fuentes de energía, aunque sólo un número relativamente pequeño de los microorganismos de los alimentos son capaces de degradarlos. Los aminoácidos constituyen la fuente primaria de nitrógeno para los organismos heterotróficos. Un gran número de otros compuestos nitrogenados también pueden cumplir esta función con relación a las diversas clases de organismos. Por ejemplo, ciertos microorganismos son capaces de utilizar nucleótidos y aminoácidos libres, mientras que otros emplean péptidos y proteínas.

En general, la mayoría de los microorganismos utilizan compuestos simples como los aminoácidos, antes de tener que desdoblar compuestos más complejos, como las proteínas de alto peso molecular. Ocurre lo mismo con los polisacáridos y grasas. Los microorganismos pueden requerir vitaminas del grupo B en pequeñas cantidades. La mayor parte de los alimentos naturales las poseen en abundancia y se las facilitan a aquellos organismos incapaces de sintetizarlas.

En general, las bacterias gram positivas tienen menor capacidad sintetizadora y por ello necesita de uno o varios de estos compuestos de los alimentos. Las bacterias gram negativas y los hongos pueden sintetizar la mayor parte de sus requerimientos, por lo cual estos dos grupos de organismos pueden proliferar en alimentos pobres en vitaminas del grupo B. Las frutas tienen un contenido en vitaminas del grupo B más escaso que las carnes y este hecho, junto con su habitual pH bajo y su potencial redox positivo, explica que es más frecuente la alteración de las frutas por hongos que por bacterias.

4.1.5.-Componentes antimicrobianos

La estabilidad de ciertos alimentos frente al ataque microbiano se debe a la presencia en los mismos de determinadas sustancias que poseen actividades antimicrobianas. Por ejemplo, el complejo de lactoperoxidasa de la leche cruda es activo frente a algunos estreptococos; la lisozima que está presente en la clara de huevo contienen ácido benzoico, ácido orgánico que poseen actividad antimicrobiana. Los lípidos y aceites esenciales, especialmente el eugenol del clavo y el aldehído cinámico de la canela, poseen propiedades antimicrobianas.

La cubierta natural de algunas materias primas y alimentos proporcionan una excelente protección contra la entrada y subsiguiente ataque de los organismos productores de alteraciones. Entre estas estructuras encontramos la membrana de las semillas, la cubierta externa de los frutos, la cáscara de las nueces, la piel de los animales y la cáscara de los huevos. En el caso de las nueces, la cáscara o cubierta es suficiente para impedir la entrada de cualquier organismo. Por supuesto, una vez agrietada la cubierta, los hongos pueden atacar su contenido. Si la cáscara externa y las membranas del huevo están intactas, son capaces de impedir la entrada de casi todos los microorganismos, siempre y cuando se conserven en condiciones de humedad y temperaturas adecuadas.

Las frutas y verduras con las cubiertas lesionadas se alteran mucho más rápidamente que las sanas. El epitelio externo de los peces y el de otros animales como el cerdo y el buey, resiste la

contaminación y deterioro porque se desecan con más rapidez que las superficies recientemente cortadas.

4.2.-FACTORES EXTRÍNSICOS

Son aquellos que se refieren a las condiciones de almacenaje de los alimentos y a las condiciones ambientales.

Estos parámetros constituyen todas aquellas propiedades del medio ambiente en el que se conservan los alimentos que pueden llegar a afectar, tanto a éste como a los microorganismos.

Entre los más relevantes para aquellos microorganismos que se transfieren a través de los alimentos se encuentran:

• La temperatura de almacenamiento. • Las Sales de curado y sustancias análogas.• La radiación: ultravioleta , ionizante.• La presencia y concentración de gases en el medio ambiente.

4.2.1.-Temperatura de almacenamiento

Es uno de los factores ambientales que más influye en el crecimiento de los microorganismos. Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de las reacciones enzimáticas hasta una cierta temperatura a la cual las proteínas, DNA y otras macromoléculas son sensibles y se desnaturalizan. Los microorganismos se desarrollan y crecen dentro de un amplio límite de temperatura.

Cada microorganismo tiene una temperatura mínima, óptima y máxima de crecimiento. La temperatura óptima siempre está más cerca de la temperatura máxima que de la mínima. Según su comportamiento frente a la temperatura, los organismos pueden ser: termófilos, la temperatura óptima para su crecimiento es de 55-75º C; mínimas 40 – 45º C , máximas 60 - 90º C , mesófilos, la temperatura óptima para su crecimiento es de 30 - 45ºC , Mínimas 5 – 15º C , máximas 35 - 47º C psicrófilos, la temperatura óptima para su crecimiento es de 15-20º C Mínimas -5 – +5º C , máximas 15 - 20º C. Entre las cepas de bacterias psicrófilas se encuentran: Alcaligenes, Corynebacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Pseudomonas y Streptococcus. Estos microorganismos se reproducen a temperaturas de refrigeración y causan alteraciones en carnes, aves, pescados, huevos y alimentos que se conservan a bajas temperaturas. Los recuentos en placa de microorganismos vivos en estos alimentos son por lo general superiores si se incuban a 7°C por 7 días por lo menos, que cuando la incubación se hace a 30°C o más.

Los géneros de mesófilos se encuentran igualmente en alimentos que se conservan a temperaturas de refrigeración. Aparentemente no crecen a bajas temperaturas, pero se pueden reproducir si se dan las condiciones adecuadas. La mayor parte de los termófilos, se encuentran en los géneros Bacillus y Clostridium. Son pocas las especies, pero tienen gran importancia por su gran incidencia

en la industria de alimentos. Los hongos también son capaces de crecer dentro de los límites más extensos.

Muchos proliferan a temperatura de refrigeración, especialmente algunas cepas deAspergillus, Cladosporium y Thanadium y pueden desarrollarse en los huevos, en la superficie de la carne y en las frutas. Las levaduras, por su parte, crecen a temperaturas similares a las de los psicrófilos y mesófilos, pero generalmente no lo hacen a la temperatura de los termófilos. Se debe tener en cuenta que la temperatura de refrigeración no siempre es la óptima para la conservación de alimentos. Para algunos alimentos, por ejemplo el plátano, la temperatura óptima de almacenamiento se encuentra entre los 13 y 17°C.

El éxito al elegir la temperatura de almacenamiento para cada tipo de alimento depende también en gran parte de otros factores como la humedad relativa del medio y la presencia o ausencia de gases como el dióxido de carbono y el ozono.

4.2.2.-Sales de curado y sustancias análogas

Las sales de curado son básicamente el cloruro sódico y los nitratos o nitritos de sodio y potasio. Estos productos se utilizan para modificar el color, aroma, textura y sensibilidad al crecimiento microbiano de los alimentos.

A las concentraciones y bajo las condiciones corrientemente utilizadas, los agentes de curado no causan una destrucción microbiana rápida, más bien retrasan o previenen el desarrollo de los microorganismos perjudiciales de los productos sin tratar y el de los termo tolerantes no esporulados, evitando el desarrollo de las esporas que sobreviven a los tratamientos térmicos drásticos que se aplican a ciertos productos curados. Se desconoce el mecanismo exacto de la inhibición de las bacterias por el nitrito que, aunque no previene la germinación de las esporas, evita su desarrollo.

4.2.3.-Radiación

La radiación ultravioleta produce una disminución exponencial en el número de células vegetativas o de esporas vivas, según el tiempo de irradiación.

Actualmente no existe mucha información referente a la susceptibilidad de las diferentes especies microbianas a la radiación U.V.; por ejemplo, diferentes cepas de una misma especie pueden tener una resistencia distinta a este tipo de radiación. El mayor valor del tratamiento con radiaciones U.V. se encuentra en la purificación del aire y del agua, aunque también pueden aplicarse para esterilizar superficies de alimentos o para el equipo de los manipuladores de alimentos.

4.2.4.-Ionizante

La radiación ionizante o rayos beta es generada por una fuente de energía eléctrica sin fuentes ni residuos radioactivos. La radiación ionizante es altamente letal; su dosis puede ajustarse para producir efectos pasteurizantes o esterilizantes y su poder de penetración es uniforme.

Es letal por destrucción de moléculas vitales de los microorganismos sin producción de calor, por lo que los alimentos tratados con radiación ionizante se conservan frescos; actúa principalmente a nivel de ADN. La sensibilidad a la radiación de los microorganismos difiere según las especies e incluso según las cepas, aunque las diferencias de resistencia entre cepas no son considerables. Las bacterias Gram-negativas son generalmente más sensibles a la irradiación que las Gram-positivas y las esporas son aún más resistentes. En general, la resistencia de los hongos a la radiación ionizante es del mismo orden que la de las formas vegetativas bacterianas. Los virus son aún más resistentes que las bacterias a esta radiación.

4.2.5.-Gases como conservadores

Diversos gases y vapores naturales o artificiales destruyen o inhiben los microorganismos.

El nitrógeno se usa con frecuencia en el envasado y almacenamiento de los alimentos pero su fin primario no es la inhibición de los microorganismos. La adición de nitrógeno como gas inerte permite conservar las propiedades organolépticas de los alimentos al evitar su deterioro químico. Al envasar el alimento con atmósferas protectoras de nitrógeno se evitan las alteraciones bacterianas en los alimentos, al evitar la proliferación de las mismas. La inyección de nitrógeno el líquidos como jugos, jarabes, zumos, leche vinos y aceites elimina el oxígeno, de esta manera se consigue una atmósfera libre de oxígeno retardando la acción de hongos y bacterias.

El hidrógeno se utiliza en alimentos como aceites y ácidos grasos para modificar propiedades físico-químicas como punto de fusión, olor y color.

El CO2 inhibe el crecimiento de microorganismos sobre los alimentos con mayor eficiencia cuanto menor es la temperatura. Este efecto se manifiesta tanto en bacterias como en hongos por un incremento de la fase de latencia y del tiempo de generación durante la fase logarítmica. Los hongos y las levaduras son más resistentes al CO2 que las bacterias (las Gram-negativas más sensibles que las Grampositivas).

El dióxido de azufre (SO2) se emplea como anti fúngico.

5.- MICROORGANISMOS EN LOS ALIMENTOS

Son varios los orígenes de los microorganismos presentes en los alimentos; aire, suelo, agua, manipuladores, utensilios, equipos y, como es obvio, los propios productos o sus materias primas.

El aire, el agua, el suelo y los propios alimentos contribuyen con sus microfloras naturales. Cada uno de estos ambientes representa una microflora de composición diversa tanto en cantidad como en diversidad, pero que muchas veces están interligadas entre sí.

Suelo

El suelo es por si sólo un ambiente con diversos microambientes (suelos arenosos y secos tienen una microflora diferenre de los suelos húmedos y fértiles).

Es una importante fuente de bacterias formadoras de esporas (Bacillus, Clostridium) de hongos y de levaduras. Cuando la fertilización de los suelos es efectuada con defecaciones animales a la flora natural se añaden los microorganismos de origen fecal (presentes en el intestino de los animales de sangre caliente) – coliformes, salmonellas, enterococos, etc. Estos microorganimos pasan fácilmente a los productos cultivados, especialmente a las raíces, tubérculos legumbres. Por otro lado, el polvo levantado por el viento o el agua de lluvia o riego acaba de trasportar microorganismos del suelo y contaminar los frutos.

Agua

Las aguas presentan una microflora cuya composición refleja su origen y su nivel de contaminación. Sobre el punto de vista de la salud pública, la presencia de microorganismos de origen fecal tiene una atención particular, ya que la presencia de estos puede ser indicadora de la presencia de microorganismos patogénicos que, a través de esta fuente, se propagan fácilmente a otros alimentos. De ahí la importancia de la utilización de agua de buena calidad microbiológica, no sólo en el lavado o preparación de los alimentos y bebidas, sino también en el lavado de los utensilios utilizados para preparar los alimentos.

De hecho, según los autores, una de las principales fuentes de contaminación de los alimentos cocinados y mantenidos con hielo (por ejemplo el marisco) es el propio hielo debido a una mala calidad del agua utilizada en su preparación.

Aire

El aire, al contrario de lo que se pueda pensar, no es una fuente directa de microorganismos. Pero si que es un vehículo de microorganimos desde otras fuentes.

La composición del aire no permite el desarrollo de microorganismos, ya que no encuentran en él los nutrientes necesarios.Se encuentran entonces en el aire, los microorganismos provenientes del ambiente.

No es difícil de preveer que los microorganismos que se encuentran en el ambiente de una cocina serán diferentes de los que se encuentran en un despacho de cualquier empresa. Algunos gestos o actividades efectuados por el hombre son los principales responsables de la introducción de microorganismos en el aire. Gestos tan comunes como un simple movimiento de cabeza – especialmente con el pelo suelto- respirar o toser transfieren al aire microorganismos que forman parte de la flora humana.

Actividades ligadas al cultivo de productos de origen vegetal también trasfieren al aire microorganismos de diversos orígenes: el labrado levanta polvo, el riego, especialmente por

aspersión, crea gotas de agua y de suelo, etc. A pesar de no contener el aire una flora propia, es como ya se citó anteriormente, uno de los principales vehículos de transmisión de microorganismos hacia los alimentos, especialmente los cocinados.

6.- RIESGOS Y PELIGROS

Se entiende por “Riesgo” la probabilidad de que ocurra un “Peligro”.

Por ejemplo, mantener un alimento cocinado a temperatura ambiente constituye un “Riesgo” ya que existe la posibilidad de que haya crecimiento microbiano (peligro microbiano). Los principales factores de riesgo en relación a los peligros microbiológico (por ejemplo, contaminación de un alimento por acción de bacterias) son:

- Cuidados insuficientes en la higiene personal; - Cuidados insuficientes en la manipulación de productos; - Binomio tiempo/temperatura inadecuado en la conservación - Condiciones de humedad propicias al desarrollo microbiano; - Prácticas que favorecen las contaminaciones cruzadas (ejemplo: almacenamiento de productos crudos y cocinados sin separación física entre ambos) - Inadecuada higienización de instalaciones y equipos; - Control de plagas inadecuado.

7.- INFLUENCIA EN LA AGROINDUSTRIA

8.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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