Microbiología Alimentos Introducción
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La microbiología de alimentos trata aspectos como los microorganismos importantes en alimentos, los factores que afectan su crecimiento, y su uso en la producción y conservación de alimentos. También cubre temas como los microorganismos patógenos, indicadores de calidad, y la fermentación y alteración de alimentos.
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Microbiología Alimentos Introducción
- 1. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 Microbiología de alimentos Introducción a la microbiología de alimentos • Concepto de microbiología de alimentos. • Aspectos que trata la microbiología de alimentos. • Microorganismos importantes en alimentos. María Marcela Martínez Miranda • Estado actual de la M.Sc. Microbiología microbiología de Dpto. de Ingeniería de Alimentos alimentos. Marcela Martínez M.Sc. Universidad de Caldas Microbiología de alimentos Aspectos que trata la microbiología de alimentos Factores que afectan al crecimiento microbiano en los Análisis microbiológico de alimentos: alimentos microorganismos indicadores Microorganismos Utilización de los • Intrínsecos: • Extrínsecos: deteriorantes de microorganismos los distintos alimentos en la producción de los alimentos – Nutrientes – Temperatura Ciencia que – pH – Humedad relativa del estudia los ambiente microorganismos – Potencial redox en relación con – Presencia y los alimentos – Actividad del agua Factores que concentración de gases Conservación de afectan el crecimiento – Constituyentes atmosféricos alimentos microbiano en antimicrobianos los alimentos – Presencia y actividades – Estructura biológica de otros Microorganismos patógenos, toxinas y microorganismos metabolitos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Aspectos que trata la microbiología de alimentos Aspectos que trata la microbiología de alimentos Factores que afectan al crecimiento microbiano en los Uso de microorganismos indicadores de calidad alimentos microbiológica de los alimentos • Implícitos: • Asociados a los Control calidad: – Velocidad de tratamientos – Calidad higiénico crecimiento de los tecnológicos: sanitaria: que no se microorganismos. distribuyan m.o. – Tratamiento térmico – Influencia mutua entre patógenos. – Irradiación especies: sinergismo, antagonismo. – Conservadores químicos – Calidad comercial: que no se presentes m.o. deteriorantes que alteren el alimentos y lo hagan NO comestible. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez 1
- 2. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 Importancia del control microbiológico de los alimentos Microorganismos indicadores • Aumento de nuevos patógenos transmitidos por alimentos. • Son organismos (o • Consumidores más conscientes de dichas transmisiones y exigen grupos) que advierten: alimentos cada vez más seguros. – manejo inadecuado • Perdidas industriales de grandes cantidades de alimentos por deterioro microbiano. – presencia de • Conocer la calidad microbiológica: microorganismos – Materias primas patógenos – Procesos de elaboración • Su detección en el – Ambientes, utensilios, equipos. – Manipuladores laboratorio es más – Producto final sencilla, rápida y/o económica. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Aspectos que trata la microbiología de alimentos Los principales microorganismos indicadores en alimentos son: Los microorganismos como agentes de deterioro de alimentos • Indicadores de condiciones de manejo o de eficiencia de proceso: – Mesófilos aerobios (o recuento total) – Mohos y levaduras – Coliformes totales • Indicadores de contaminación fecal: – Coliformes fecales – E. coli – Enterococos – Cl. perfringens Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Alteraciones microbiológicas de los Factores que influyen en la alimentos alteración microbiana • Enmohecimiento • Composición del alimento – Origen vegetal • Viscosidad – Origen animal • Podredumbre • Tipo y número de microorganismos presentes en el alimento • Ranciamiento • Parámetros que afectan el • Agriado y crecimientos microbiano putrefacción – Intrínsecos • Embombamiento – Extrínsecos – Implícitos • Cambio de color – Del proceso Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez 2
- 3. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 Microorganismos que provocan la Aspectos que trata la microbiología de alimentos alteración de los alimentos Bacterias deteriorantes Los microorganismos como agentes Pueden crecer a 5ºC, pero se patógenos transmitidos por alimentos multiplican rápidamente de 10-25ºC • Bacterias Pseudomonas fluorescens Acinetobacter Psicotróficas • Mohos Moraxella Flavobacterium Lactobacillus • Levaduras Enterococcus • Enzimas Crecen entre 40 y 90ºC Bacillus Termodúricas Clostridium Streptococcus termophilus Crecen a un pH de 4.6 o menor Acidúricas BAL heterofermentativas BAL homofermentativas Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Enfermedades Transmitidas por Principales microorganismos Alimentos (ETA’s) patógenos en los alimentos Infecciones alimentarias: Bacterias Tiempo de incubación Son las ETA producidas por la ingestión de alimentos y/o agua Salmonella 6 a 48 horas ETA contaminados por agentes infecciosos Clostridium perfringes 8 a 22 horas Síndrome originado por la ingestión de alimentos y/o Clostridium botulinum 18 a 36 horas agua, que contengan agentes etiológicos en cantidades que afecten la Staphylococcus aureus 0,5 a 6 horas salud del consumidor a nivel individual o grupos de Intoxicaciones Vibrio parahaemolyticus 2 a 48 horas población alimentarias: Son las ETA producidas por Bacillus cereus 8 a 16 horas ingestión alimentos portadores de toxinas químicas o biológicas. Escherichia coli 12 a 72 horas Campylobacter 2 a 5 días Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Aspectos que trata la microbiología de alimentos Métodos de conservación de los Conservación de alimentos alimentos Todas las acciones tomadas para prolongar la vida útil Eliminación de los alimentos, de forma que mantengan Inhibición en grado aceptable Inactivación o destrucción su calidad, tanto higiénica y nutricional Evitar recontaminación como sensorial y tecnológica. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez 3
- 4. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 Aspectos que trata la microbiología de alimentos Métodos de conservación de los alimentos Usos benéficos de los microorganismos en alimentos Microorganismos usados en fermentación. Cultivos iniciadores y bacteriófagos. Microbiología y producción de alimentos fermentados. Bacterias benéficas intestinales. Biopreservativos alimenticios de origen microbiano. Ingredientes y enzimas alimenticios de origen microbiano. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Aspectos que trata la microbiología de alimentos Tipos de microorganismos Los microorganismos como productores de alimentos • Bacterias • Mohos y levaduras Queso, yogurt y suero de leche • Virus • Protozoos Panadería Bebidas alcohólicas Fructosa Aspartamo Ácido cítrico Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Bacterias Clasificación morfológica de las bacterias Cocos Bacilos El termino bacteria también se emplea para denominar a todos los organismos unicelulares sin núcleo diferenciado Marcela Martínez M.Sc. que constituyen el nivel de organización procariótico. espirilos M.Sc. Marcela Martínez Marcela Martínez 4
- 5. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 Clasificación morfológica de las bacterias Clasificación morfológica de las bacterias Espiroqueta División a lo largo del mismo plano, formando cadenas División a lo División a lo largo de 3 planos cortas largo de 2 planos Bacterias con 2 cocos 4 - 20 en diferentes: regularmente: irregularmente yemas y juntos: cadenas: Tétradas Sarcinas : Diplococos Estreptococos Estafilococos apéndices Empalizadas, Bacilos Dos bacilos juntos: Cadenas de bacilos: lado con lado o en Diplobacilos Estreptobacilos FilamentosMartínez M.Sc. Marcela Marcela Martínez M.Sc. figuras en X, V o Y Grupos bacterianos importantes Bacterias importantes en alimentos en alimentos termófilas formadoras de esporas psicrótrofas aerobias termodúricas anaerobias halotolerantes anaerobias facultativas acidófilas proteolíticas osmofílicas lácticas productoras de gas lipolíticas formadoras de limo Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Características generales de los Mohos y levaduras hongos Eucarióticos. Se reproducen por medio de esporas, amplia diseminación. Tanto esporas sexuales como asexuales pueden ser producidas, dependiendo de la especie y las condiciones. Normalmente son inmóviles, aunque algunos tienen una fase móvil. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez 5
- 6. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 Unicelulares hongos filamentosos Géneros de mohos importantes en alimentos Hay dos grupos importantes Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. filamentosos o unicelulares Géneros de levaduras importantes Protozoos importantes en alimentos en alimentos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Importancia de los virus en los Vías de transmisión de los alimentos virus entéricos Algunos virus son capaces de causar enfermedad entérica. Algunos bacteriófagos son usados para identificar algunos patógenos bacterianos. Los bacteriófagos son usados para transferir rasgos genéticos en algunas especies bacterianas. Atacan y destruyen a la mayoría de las bacterias lácticas causando fallas en la fermentación. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez 6
- 7. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 Virus transmitidos por los Origen de la contaminación alimentos: microbiana en los alimentos • Hepatitis A • Virus de Polio • Virus Echo • Rotavirus Rotavirus • Parvovirus Norwalk virus • Astrovirus • Virus Norwalk • Adenovirus entéricos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Orígenes y fuentes de Microorganismos en la industria de microorganismos alimentos • Microflora natural • Utensilios • Aire • Equipos • Materia prima • Suelo • Aditivos • Agua • Recipientes • Plantas • Empaques • Animales • Mesones • Humanos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Estado actual de la microbiología de alimentos Fermentación de alimentos/probióticos • Desarrollo de cepas con actividades metabólicas deseables por transferencia genética entre cepas. • Desarrollo de BAL resistentes a bacteriófagos. • Ingeniería metabólica de cepas para sobre producción de metabolitos deseados. • Desarrollo de métodos para el uso de BAL para liberar proteínas inmunes. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez 7
- 8. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 Fermentación de alimentos/probióticos Alteración de alimentos • Secuenciación de genomas de • Identificación y control de nuevas BAL y bacteriófagos para el bacterias alterantes mejor entendimiento de sus características. • Deterioro debido a enzimas bacterianas de alimentos • Preservación de alimentos con congelados y refrigerados con bacterias deseables y sus fecha de vencimiento extendida. metabolitos antimicrobianos. • Desarrollo de métodos • Entendimiento de moleculares (nanotecnología) características importantes de para identificar metabolitos de bacterias probióticas y bacterias alterantes y predecir la desarrollo de cepas deseables. fecha de vencimiento potencial • Métodos efectivos para del alimento. producir cultivos iniciadores • Importancia del estrés ambiental para uso directo en en la resistencia de bacterias procesamiento de alimentos. alterantes a preservativos Marcela Martínez M.Sc. antimicrobianos. Marcela Martínez M.Sc. Enfermedades transmitidas por Enfermedades transmitidas por alimentos alimentos • Métodos emergentes • Detección efectiva y control de para detectar bacterias virus patógenos transmitidos por alimentos. patógenas transmitidas por alimentos de • Potenciales transmisiones de enfermedades prionicas de alimentos contaminados. alimentos de origen animal a humanos. • Aplicación de técnicas de biología molecular • Identificar como nuevas tecnologías adaptadas al (nanotecnología) para procesamiento de alimentos detección rápida de pueden tener problemas bacterias patógenas en microbiológicos específicos y alimentos y ambiente. diseñar métodos para superar este problema. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Temas variados Temas variados • Diseñar • Diseñar métodos para procedimientos de producir mejores cepas higienización efectivos iniciadoras para el uso en para controlar alimentos fermentados y probióticos. patógenos y alterantes en • Conocer acerca de las alimentos procesados. regulaciones de alimentos (estatales, federales e • Uso efectivo de internacionales). microorganismos • Entender los problemas deseables para microbiológicos de los producir alimentos alimentos importados. fermentados. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez 8
- 9. Marcela Martínez M.Sc. 06/12/2011 “El secreto del éxito es la constancia en los propósitos” Marcela Martínez M.Sc. Benjamin Disraeli Marcela Martínez 9
Notes de l'éditeur
- La microbiología de los alimentos es la parte de la microbiología que trata de los procesos en los que los microorganismos influyen en las características de los productos de consumo alimenticio humano o animal. La microbiología de alimentos, por consiguiente, engloba aspectos de ecología microbiana y de biotecnología para la producción. Se pueden distinguir cuatro aspectos diferentes en la microbiología de alimentos: Los microorganismos como productores de alimentos Los microorganismos como agentes de deterioro de alimentos Los microorganismos como agentes patógenos transmitidos por alimentos Factores que afectan al crecimiento bacteriano en los alimentos
- La calidad microbiológica de los alimentos es fundamental porque influye en su conservación y vida de anaquel y, sobre todo, porque los microorganismos presentes en ellos, pueden ser causantes de enfermedades transmitidas por alimentos ó ETA’s (en inglés se denominan “foodborne illness” ó FBI). La detección en el laboratorio de los microorganismos patógenos puede ser muy complicada, muy lenta y/o muy costosa para determinaciones rutinarias. Además, es concluyente cuando se encuentra un microorganismo patógeno pero puede haber casos en que no se detecte por razones circunstanciales como el clima o la cantidad de individuos infectados que están contaminando, a pesar de que el manejo del alimento implique el riesgo de que el patógeno aparezca en cualquier momento. En todo caso, la investigación de microorganismos patógenos en alimentos no facilita un enfoque preventivo. Por esas razones, las normas en materia de alimentos, generalmente establecen la calidad microbiológica en términos de microorganismos indicadores.
- Los indicadores son organismos (o grupos) que advierten oportunamente de un manejo inadecuado o contaminación que incrementan el riesgo de presencia de microorganismos patógenos en alimentos. Además de que su detección en el laboratorio es más sencilla, rápida y/o económica, los microorganismos indicadores permiten un enfoque de prevención de riesgos, puesto que advierten manejo inadecuado y/o contaminación.
- Se considera alimento deteriorado aquel dañado por agentes microbianos, químicos o físicos de forma que es inaceptable para el consumo humano. El deterioro de alimentos es una causa de pérdidas económicas muy importante: aproximadamente el 20% de las frutas y verduras recolectadas se pierden por deterioro microbiano producido por alguna de las 250 enfermedades de mercado. Los agentes causantes de deterioro pueden ser bacterias, mohos y levaduras; siendo bacterias y mohos lo más importantes. De todos los microorganismos presentes en un alimento sólo algunos son capaces de multiplicarse activamente sobre el alimento por lo que van resultando seleccionados con el tiempo de forma que la población heterogénea inicial presente en el alimento va quedando reducida a poblaciones más homogéneas y, finalmente, un solo tipo de microorganismos consigue colonizar todo el alimento desplazando a los demás. Por consiguiente, durante el proceso de deterioro se va seleccionando una población o tipo de microorganismos predominante de forma que la variedad inicial indica poco deterioro y refleja las poblaciones iniciales.
- Agentes que provocan la alteración de los alimentos Bacterias: Las bacterias están implicadas en la descomposición o deterioro de la carne, el vino, las verduras, la leche y otros productos de consumo diario. La acción de las bacterias puede originar cambios en la composición de algunos alimentos y provocar un mal sabor. Hongos: Junto con las bacterias, los hongos son los causantes de la putrefacción y descomposición de toda la materia orgánica. Enzimas: Enzima, cualquiera de las numerosas sustancias orgánicas especializadas , que actúan como catalizadores.
- Por otra parte, ciertos microorganismos patógenos son potencialmente transmisibles a través de los alimentos. En estos casos, las patologías que se producen suelen ser de caracter gastrointestinal, aunque pueden dar lugar a cuadros más extendidos en el organismo e, incluso, a septicemias. Las patologías asociadas a alimentos pueden aparecer como casos aislados, cuando el mal procesamiento del alimento se ha producido a nivel particular; pero suelen asociarse a brotes epidémicos más o menos extendidos en el territorio; por ejemplo, el número de brotes epidémicos asociados a alimentos durante los últimos años en todo el territorio nacional ha oscilado entre 900 y 1000 brotes anuales.
- Las patologías asociadas a transmisión alimentaria pueden ser de dos tipos: infecciones alimentarias producidas por la ingestión de microorganismos o intoxicaciones alimentarias producidas como consecuencia de la ingestión de toxinas bacterianas producidas por microorganismos presentes en los alimentos. En ciertos casos, pueden producirse alergias alimentarias causadas por la presencia de microorganismos.
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- Desde los tiempos históricos más remotos se han utilizado microorganimos para producir alimentos. Los procesos microbianos dan lugar a alteraciones en los mismos que les confieren más resistencia al deterioro o unas características organolépticas (sabor, textura, etc.) más deseables. La mayoría de los procesos de fabricación de alimentos en los que intervienen microorganismos se basan en la producción de procesos fermentativos, principalmente de fermentación láctica, de los materiales de partida. Esta fermentación suele ser llevada a cabo por bacterias del grupo láctico. Como consecuencia de ella, se produce un descenso del pH, lo que reduce la capacidad de supervivencia de especies bacterianas indeseables (principalmente bacterias entéricas), se acumulan en el alimento ácidos orgánicos de cadena corta que, además de su efecto antibacteriano, le confieren características de sabor agradable, y, en ciertos casos, se acumulan compuestos antibacterianos que reducen la carga microbiana del alimento incrementando su vida media o impiden la germinación de esporas de bacterias Gram-positivas posibles causantes de intoxicaciones alimentarias (por ejemplo: la nisina, bacteriocina producida por ciertas bacterias lácticas, es capaz de inhibir la germinación de esporas de Clostridium botulinum reduciendo el riesgo de intoxicación por la toxina de esta bacteria). Los alimentos fermentados comprenden productos lácteos, cárnicos, vegetales fermentados, pan y similares y productos alcohólicos.
- Los grupos microbianos importantes en alimentos consisten de varias especies y tipo de bacterias, mohos, levaduras y virus. Estos son importantes en alimentos por su habilidad de causar enfermedades transmitidas por alimentos y deterioro de alimentos y de producir alimentos e ingredientes de alimentos. Muchas especies bacterianas y algunos mohos y virus, aunque no levaduras, son capaces de causar enfermedades transmitidas por alimentos. La mayoría de bacterias, mohos y levaduras son considerados seguras y son usados para producir alimentos fermentados e ingredientes de alimentos. Entre los cuatro grupos, las bacterias constituyen el grupo más grande. Debido a su ubicuidad y rápida tasa de crecimiento, aun bajo condiciones donde levaduras y mohos no pueden crecer, ellas son considerados las más importantes en deterioro de alimentos y ETA’s.
- Las bacterias son organismos microscópicos y relativamente sencillos. Carecen de núcleo y de los orgánulos de las células más complejas o eucarióticas. La mayoría posee una pared celular a base de carbohidratos Algunas presentan cápsula y otras son capaces de evolucionar a esporas, formas viables capaces de resistir condiciones extremas Las bacterias constan de un único cromosoma bacteriano: está situado en la zona media o nucleoide , y está formado por una única gran molécula de ADN, sin embargo puede presentarse como pequeñas moléculas de ADN o plásmidos. La pared celular está compuesta generalmente por hidratos de carbono, entre los que destaca la mureína un polisacárido complejo, lípidos y aminoácidos En el citoplasma de las bacterias, no se aprecian orgánulos ni formaciones protoplasmáticas
- A la forma de una célula se le denomina morfología celular . A las bacterias de forma esférica u ovoide se les denomina cocos . A las de forma cilíndrica se les denomina bacilos . Algunos bacilos curvados que presentan formas espirales se denominan espirilos
- Distintos grupos de bacterias pueden ser inmediatamente reconocidas gracias a sus formas peculiares. Algunos ejemplos incluyen a las espiroquetas , que son bacterias con forma de sacacorchos, bacterias con apéndices , que poseen protuberancias celulares en forma de largos tubos o tallos, y las bacterias filamentosas , que producen largas y delgadas células o cadenas de células.
- En muchos procariotas las células se mantienen juntas después de la división celular, formando grupos, y este tipo de agrupaciones son en muchos casos característicos de los diferentes tipos de microorganismos. Por ejemplo, algunos cocos y bacilos pueden formar largas cadenas. Algunos cocos se disponen en finas capas de células, mientras que otros forman estructuras tridimensionales de forma cúbica, o agrupaciones más irregulares con una morfología similar.
- Las bacterias se dividen en dos grandes grupos: Gram positivas y Gram negativas . La distinción inicial entre estos dos tipos se llevó a cabo gracias a un tipo de tinción diferencial denominado tinción de Gram (con esta tinción, las bacterias Gram positivas aparecen en color púrpura, mientras que las Gram negativas presentan color rojo), pero existen claras diferencias estructurales que sustentan esta clasificación. Incluso el aspecto de las paredes celulares es muy distinto entre las células Gram positivas y Gram negativas. La pared celular de las Gram negativas está compuesta por varias capas y es bastante compleja, mientras que la pared de las Gram positivas está formada fundamentalmente por un tipo de molécula y es mucho más ancha. Estas diferencias pueden apreciarse en un examen detallado de la imagen de la izquierda.
- Las bacterias se han utilizado desde los tiempos históricos más remotos para producir alimentos. Los procesos bacterianos pueden darle a los alimentos más resistencia al deterioro o características organolépticas más agradables (sabor, textura, etc.). Existe un amplio rango de bacterias involucradas en la producción, conservación y alteración de productos alimenticios.
- • Las hifas están formadas por una pared delgada en forma de cilindro hueco transparente (la pared), tapizada o llena en su interior por una masa protoplasmática en la que están todos los órganos más el núcleo. • Se pueden clasificar los hongos según la cantidad de masa protoplasmática que haya separada por unos tabiques o septos: • Si las cantidades de masa son semejantes, es decir, si los septos se disponen a distancias regulares, son hongos septados , sinfonados o tabicados . • Si las cantidades de masa entre los septos son muy inconstantes, es decir, si los septos se encuentran a distancias irregulares, son hongos no septados , no sinfonados , cenocíticos .
- Los mohos son importantes en alimentos debido a que ellos pueden crecer incluso en condiciones en las cuales muchas bacterias no pueden crecer, tales como pH bajo, baja actividad de agua, y alta presión osmótica. Muchas cepas producen micotoxinas y han sido implicadas en intoxicación alimentaria. Muchos son usados en bioprocesamiento de alimentos. Finalmente, muchos son usados para producir aditivos alimenticios y enzimas.
- Las levaduras son importantes en alimentos debido a su habilidad de causar deterioro. Muchas son también usadas en bioprocesamiento de alimentos. Algunas son usadas para producir aditivos alimenticios.