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.
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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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
Editor's Notes
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.