Vanesa  Macías  Caño  Aspectos  microbianos  en  la  conservación  de  alimentos  

Máster  en  biología  molecular,  celular  y  gené>ca  1  

ÍNDICE  

•  Esporas  bacterianas  •  Efecto   bacteriostá>co   del   polvo   de  aceitunas   sobre   esporas   de   Bacillus  cereus  

•  HPP:   Ttos   por   alta   presión   en   la  industria  alimentaria  

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ESPORAS  BACTERIANAS  

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ESPORAS  BACTERIANAS  •  Las   endosporas   son   formas   de   resistencia   que   desarrollan  

ciertos  bacilos  y  cocos  Gram  posi>vos.    •  Entre   los   bacilos   formadores   de   endosporas   se   encuentran   las  

especies:  –   Bacillus  (aeróbicos),    –  Sporolactobacillus  (microaerófilos),  –   Clostridium  (anaeróbicos),  –   Desulfotomaculum  (anaeróbico  reductor  de  sulfato),    –  Sporohalobacter  (anaeróbico  halófilo)    –  Anaerobacter  (anaeróbico  fijador  de  nitrógeno),    –   Sporosarcina  (aeróbicos).        

fgranea@microb.ffyb.uba.ar

Sobrevivir en condiciones de estrés físico y químico Facilitar la diseminación de la especie bacteriana.

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RESISTENCIA  DE  ESPORAS  Se  caracterizan  por:  

–  ê  contenido  de  agua,    –  no  metabolismo  detectable  –   ATP  y  otros  nucleósidos  trifosfatos.    

Supervivencia  en  condiciones  Tsicas  y  químicas  extremas:  

–  é  luz  UV  –  Rayos  gamma  –  Detergentes  –  Desinfectantes  –  Calor  –  Presión  –  desecación    

http://ciencimat.wordpress.com/2009/01/07/los-inmortales-o-de-las-esporas-y-su-sorprendente-capacidad-para-no-dejar-de-serlo/

¡¡¡PROBLEMA EN LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS!!! 5  

RESISTENCIA    DE  LAS  ESPORAS  

•  Frente UV, el DNA   procarionte   sufre   lesiones   à  depurinización,   desaminación,   alquilación   y  oxidación  de  los  nt  

•  En  c.  vegeta>vas  à  sistemas  enzimá>cos.    •  Ojo!   Las   esporas   no   presentan   acDvidad   enzimáDca  

à   para   disminuir   la   tasa   de   depurinización   y   la  fotoquímica:  –  ê agua  à    no  genera  dímeros  de  T  sino  SP  (spore  photoproduct)  

≈    >minil-­‐>mina.    –    DNA   +   proteínas   α/β-­‐SASP   (small   acid-­‐soluble   proteins)   à  

formando  los  SP.    (también  como  F  de  energía  germinación)  

–   [ácido  dipicolínico  (DPA)]  à  complejos  de  Ca2+  

Nicholson W, Fajardo-Cavazos P, Rebeil R, Slieman T, Riesenman P, Law J, 81 (1 - 4): pp. 27 – 32. 6  

GERMINACIÓN  DE  LAS  ESPORAS  Formación  de  una  c  vegetaDva    

•  AcDvación:   reversible   à   germinación   en  ambiente   adecuado.   Con   desnaturalización  reversible  de  proteínas.    

•  Germinación:   irreversible   à   ac>vidad  metabólica  enzimá>ca  +   refractariedad  y  R  a  agentes  F  -­‐  Q.  

•  Crecimiento:  é  ac>vidad  biosinté>ca:  –   proteínas,    –  RNA  mensajero    –  componentes  estructurales  como  la  pared  celular  

Bacillus atrophaeus http://www.solociencia.com/biologia/07070601.htm

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MECANISMOS  DE  GERMINACIÓN  

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•  Consumidores   à   alimentos   conservantes   ar>ficiales   à   an>microbianos  naturales    

•  Medida   1ª   o   adicional   de   control   +   otras   condiciones   de     (pH   ⇓   y   ⇓Tª)   à  tecnología  de  barrera.    

•  Polvo  de  aceitunas  à  ingrediente  natural  en  pan,  las  pastas  y  las  sopas.    

•  Se  ob>ene:  –  ý grasa  de  las  aceitunas  descarozadas    –  þ an>oxidantes  (ácido  oleico,  polifenoles,  tocoferoles,  clorofilas  y  escualeno).    

•  Estudio  del  polvo  de  aceitunas  frente  a  las  esporas  de  B.  cereus  à≠  [ingrediente]  +  ≠  tª  de  almacenamiento    

Martínez López, Antonio, Estudio de las constantes cinéticas que describen el efecto bacteriostático del polvo de aceitunas sobre las esporas de Bacillus cereus en medio de referencia. Foodborne Pathogens and Disease, 6(1):33-37 Ene, 2009

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•  Resultados   (≈   Tassou   et   al)  à     germinación   y   crecimiento   de   esporas   de  B.   cereus   en  presencia  de  oleuropeina  y  otros  compuestos  fenólicos  extraídos  de  la  aceituna.    

•  Seguridad  alimentaria  à  al    T  de   latencia  à  é   interés  en    cadena  de  frío  durante  el  almacenamiento   à     T     crecimiento   microbiano   à   No   sobrepasaríamos   los   niveles  considerados  seguros.    

•  Resultados   de   interés  à   ingrediente   en   productos   horneados,   pizzas,   etc.   como   adiDvo  aromaDzante,  conservante.    

•  Podría  u>lizarse  en  bebidas  vegetales  para:  –  prolongar  la  vida  ú>l  –  potenciar  el  sabor  –  incorporar  propiedades  nutricionales.    

+  las  tecnologías  no  térmicas  que  no  inacDvan  las  esporas  bacterianas      medida  de  control  adicional.  

Martínez López, Antonio, Estudio de las constantes cinéticas que describen el efecto bacteriostático del polvo de aceitunas sobre las esporas de Bacillus cereus en medio de referencia. Foodborne Pathogens and Disease, 6(1):33-37 Ene, 2009

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INTRODUCCIÓN  •  Antecedentes  históricos  

–  Primeros  estudios  en  1899  –  Demanda  de  productos  seguros  y  mínimamente  tratados  –  Desarrollo  de  equipos  para  el  tratamiento  a  nivel  industrial  –  Primeros  productos  comercializados:                  

•  Definición  del  proceso  –  Presión:  100  a  1.000  Mpa  –  Tiempo:  unos  minutos  a  algunas  horas  –  Temperatura:  -­‐20  a  90º  C    

1990   Zumos,  mermeladas  y  carne  (Japón)  

1995   Zumos  de  naranja  (Francia)  

1997   Jamón  cocido  loncheado  (España)  

1999   Ostras  (EEUU)  

2000   Salsas  (EEUU)  

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INTRODUCCIÓN  

FUNDAMENTO: -Transmisión de la presión de forma isostática (uniforme) e instantánea

EFECTOS: - Se deformación del producto - Se mantiene homogéneo - Sin zonas sobretratadas - Se la carga microbiana

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INFLUENCIA  HPP  EN  LOS  ALIMENTOS  

PRESIÓN   EFECTOS  

>200  Mpa  

Influencia   sobre   la   ciné>ca  enzimá>ca  Modificación   de   las   propiedades  de  las  proteínas  Alteración   de   la   membrana   de  los  mo  

>300  Mpa    enzimá>ca  ê  carga  microbiana  

>400  Mpa   Gelificación  del  almidón  Desnaturalización  de  proteínas  

>500  Mpa  Muerte  de  las  esporas  

bacterianas    enzimá>ca  

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ETAPAS  INACTIVACIÓN  ESPORAS  CON  HPP  

esporas mediante dos fases: 1.- En una primera etapa a baja presión (50-200 MPa) à germinación de la espora. La germinación inducida por P à por la ionización de los constituyentes de la espora à no necesita ninguna sustancia para ello, produciéndose en un ê T. Factores que influyen modificando el grado de germinación conseguido son:

- Tipo de mo - espora y sus características fisiológicas y morfológicas. - Presión, tiempo y temperatura. - pH. - Nutrientes en el medio.

Existe % significativa de esporaso en latencia extrema y que no germinan.

2.- En la segunda etapa, si la presión y/o la temperatura es suficientemente alta, se puede inactivar la espora germinada, ahora sensible a la presión.

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CARACTERÍSTICAS  GENERALES  

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Medio de transmisión de presión: Agua Métodos para producir la presión:

–Compresión directa (en general sistemas continuos para líquidos) –Compresión indirecta (sistemas discontinuos para alimentos envasados o sólidos)

Manipulación del material

-  Carga y descarga de la cámara -  Automatización

Diseño industrial

-  Condiciones: T, P, tª -  Necesidades de capacidad àNº de ciclos/cámara/hora, Coeficiente de

llenado, Nº de cámaras del equipo -  Seguridad de la instalación

Aplicación combinada con otros métodos à é efecto a ê P,T,tª: -  Irradiación -  Gases comprimidos -  Ultrasonidos -  Campos eléctricos pulsantes de alta intensidad -  Bacteriocinas -  Aditivos

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CARACTERÍSTICAS  GENERALES  Nº  DE  CICLOS  

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Hayawaka et à esporas la presurización por ciclos y oscilante > efectiva que la continua

6 ciclos de 5´de presurización oscilante a 60 MPa y 60º à ê esporas de B. Stearothermophilus. 60 MPa y 70º con 6 ciclos de 5´ à é "

El mecanismo à cambio en las propiedades del agua (ê viscosidad y la tensión superficial a 70º) Los cambios físicos en la pared de las esporas + debilitamiento de la fuerza física de las esporas (Barbosa) à é tº de 20 a 70º Styles et al ≈ resultados con presurización continua

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EQUIPOS  UTILIZADOS  EN  EL  TTO  DE  ALTA  PRESIÓN    

EN  ALIMENTOS  

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Tratamiento de alimentos envasados - Presión aplicada - Envases - Tamaño de la cámara - Carga y descarga

Tratamiento de alimentos a granel

- Material de la cámara - Manipulación:

Llenado Tratamiento Expulsión

- Tiempo de procesado

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FACTORES  QUE  AFECTAN  A  LA  DESTRUCCIÓN  DE  ESPORAS  

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Resistencia HPP: ≠ entre las esporas bacterianas y las de hongos y levaduras ≠ según la especie y la cepa tratada, ≠ sobre que sustrato se encuentre

 esporas de hongos y levaduras à P =

300 – 400 MPa a tª ambiente, Esporas bacterianas resistentes al tto hiperbárico (é1000 MPa (Cheftel JC)) à tto. combinados de P- tª (ambos % à si uno ê el otro é)

Clostridium botulinum >R que Bacillus subtilis

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QUESOS  

Existen estudios de aplicación de las altas presiones a quesos elaborados a partir de leche de cabra.

a) Presurización de la leche, utilizando presiones de 500 MPa durante 15 minutos a 20ºC, como sustituto al proceso de pasteurización.

b) Presurización del queso antes de su etapa de madurado a 400 MPa durante 5 minutos a 14ºC.

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http://microblog.me.uk/119

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é Nº de alimentos à canales de animales recién sacrificados como aves de corral

Otros: pescado, las hortalizas, los productos lácteos y los alimentos deshidratados.

Consecuencia de la contaminación fecal??? Importantes brotes como consecuencia del consumo de comidas preparadas En España el 64% de las enfermedades alimentarias por C. perfringens se han dado en estos lugares, aunque también sea relativamente frecuente en el hogar. No carácter estacional à activación térmico para que [germinen] à Tras la ingestión de éstas se produce la liberación de la enterotoxina en el intestino enteritis necrótica

www.poultryhub.org/ index.php/Necrotic_enteritis

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OBJETIVOS DE ESTE ESTUDIO: -  Desarrollar un procedimiento de activación de la

germinación de esporas de Clostridium perfringens.

ESTRATEGIA - Cepas de C. perfringens, aisladas de intoxicaciones alimentarias -  Se realizaron cultivos de esporulaciónà 99% esporas

libres PROCEDIMIENTO -  Se trataron a ≠ MPa durante 7 minutos a 50 ºC. -  Incubación a 40 ºC durante 60 minutos en 25mM

tampón P -  Evaluación: ê germinación inducida por presión.

(10%)

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1.  Tratamiento térmico primario: (80 ºC, 10 min)

-  pasteurizar y desnaturalizar las proteínas (palatabilidad)

-  activar las esporas C. perfringens, en presencia de AK

2. T (55ºC), Incubación (15 min) Germinación de las esporas 3. Procesado térmico a Presión (586 MPa, 73 ºC, 10 min). Inactivación de las esporas germinadas

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BENEFICIOS  DE  ESTA  TECNOLOGÍA  

 

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Higienización de productos:

- que no se pueden someter a TT - que se han contaminado tras de TT

Alternativa al TT para higienizar los alimentos sin alterar las propiedades nutritivas y sensoriales del producto fresco Otras:

- ê consumo energético. - No genera residuos: utiliza agua. - Es segura para el personal. - Es aceptada por el consumidor.

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La FDA à los alimentos de baja acidez mantenidos a temperatura ambiente en recipientes herméticamente cerrados deben estar libres de esporas de C. botulinum.

Es un reto que todavía no se ha podido alcanzar con la tecnología HPP OJO esporas de C. perfringens à é baroresistentes à 3ª enfermedad transmitida por alimentos EEUU (Olsen et al)

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CONCLUSIONES  

Conservación de las características organolépticas y nutricionales

Modificación de la textura y propiedades reológicas

Eficacia en la inactivación de células vegetativas

Alta resistencia de esporas bacterianas

Alta resistencia de algunas enzimas

Elevado coste de inversión

Dificultad en el desarrollo de equipos continuos

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BIBLIOGRAFÍA  •  Téllez-­‐Luis,  S,  Ramírez  J,  Applica>on  of  high  hydrosta>c  pressure  in  the  food  preserva>on.  Cienc.  Tecnol.  Aliment.  Vol.3.  

No.  (2001)  pp  66-­‐80.  •  Marsnez   López,   Antonio,   Estudio   de   las   constantes   ciné;cas   que   describen   el   efecto   bacteriostá;co   del   polvo   de  

aceitunas  sobre  las  esporas  de  Bacillus  cereus  en  medio  de  referencia.  Foodborne  Pathogens  and  Disease,  6(1):33-­‐37  Ene,  2009  

•  Nicholson  W,  Fajardo-­‐Cavazos  P,  Rebeil  R,  Slieman  T,  Riesenman  P,  Law  J,  Xue  Y  (2002).  «Bacterial  endospores  and  their  significance  in  stress  resistance».  Antonie  Van  Leeuwenhoek  81  (1  -­‐  4):    pp.  27  –  32.  

•  Tauveron,G.  Slomianny,C  (2006).Variability  among  Bacillus  cereus  strains  in  spore  surface  proper>es  and  influence  on  their  ability  to  contaminate  food  surface  equipment.  Interna>onal  Journal  of  Food  

•  Microbiology  110  (2006)  254–262.  •  Gené>ca.  E.  Sanchez  Monge  Ed.  Omega,  2ª  edición  •  Saeed  Akhtar,  Paredes-­‐Sabja,  D.  Strategy  to  inac>vate  Clostridium  perfringens  spores  in  meat  products.  Interna>onal  

Journal  of  Food  Microbiology  26  (2009)  272–277  •  Gené>ca.  A.  Griffiths  Ed.  Interamericana  McGraw-­‐Hill  5ª  edición  •  Boulange-­‐Peterman,   L   1996   Processes   of   bioadhesion   donde   stainless   steel   surfaces   and   cleanability:   a   review  with  

especial  reference  to  food  industry.  Biofouling  10(4):275-­‐300  •  Chmielewski  RAN,  Frank  JF  2003,  Biofilm  forma>on  and  control  in  food  processing  facili>es.  Comp.  Rev.  Food  Sci.  and  

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Materials  to  Beef.  Applied  and  Environmental  Microbiology,  4015-­‐4024  •  Ganesh   Kumar,C.   Significance   of   microbial   biofilms   in   food   industry:   a   review.   Interna>onal   Journal   of   Food  

Microbiology  42  (1998)  9–27.  

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PREGUNTAS  

31  

GRACIAS  32