ESTERILIZACIÓN DE ALIMENTOS

ESTERILIZACIÒN

La esterilización es el proceso de eliminación de toda forma de vida, incluidas las esporas. Es un término absoluto que implica pérdida de la viabilidad o eliminación de todos los microorganismos contenidos en un objeto o sustancia, acondicionado de tal modo que impida su posterior contaminación.

Esterilización Agentes físicos Calor Todos los microorganismos son susceptibles, en distinto grado, a la acción del calor. El calor provoca desnaturalización de proteínas, fusión y desorganización de las membranas y/o procesos oxidativos irreversibles en los microorganismos.

Provocan pérdida de la viabilidad en los microorganismos

Provocan una separación de los microorganismos de la sustancia líquida

La efectividad del calor como método de esterilización depende de: Temperatura Tiempo de exposición

METODOS FISICOS

CALOR HUMEDO

AUTOCALAVADO

TINDALIZACIÓN

PASTEURIZACIÓN

CALOR SECO

ESTUFA

INCINERACIÓN

HORNO PASTEUR

RADIACION

IONIZANTES

RAYOS GAMMA

RAYOS CATÓDICOS

NO IONIZANTES RAYOS ULTRAVIOLETA

MECANICO FILTRACIÓN

FILTROS DE PROFUNDIDAD

MEMBRANAS FILTRANTES

NUCLEOPORO

Calor Húmedo

El vapor de agua posee un coeficiente de transferencia de calor mucho más elevado que el aire. Por lo que, los materiales húmedos conducen el calor mucho más rápidamente que los materiales secos debido a la energía liberada durante la condensación.

El autoclaveEl autoclave es el aparato más comúnmente utilizado en los laboratorios para esterilizar cultivos y soluciones que no formen emulsiones con el agua y que no se desnaturalicen a temperaturas mayores a 100 °C. Una temperatura de 121 °C (una atmósfera de sobrepresión) con un tiempo de exposición mayor a 15 minutos sirve para destruir organismos formadores de esporas.

Ventajas y desventajas de auto clave

Ventajas

Rápido calentamiento y penetración Destrucción de bacterias y esporas en corto tiempo No deja residuos tóxicos Hay un bajo deterioro del material expuesto Económico

Desventajas

No permite esterilizar soluciones que formen emulsiones con el agua Es corrosivo sobre ciertos instrumentos metálicos

Pasteurización

La pasterización se realiza por lo general a temperaturas inferiores a los 100ºC. Cabe distinguir la pasterización en frío, a una temperatura entre 63 y 65ºC durante 30 minutos, y la pasterización en caliente, a una temperatura de 72 - 75ºC durante 15 minutos. Cuanto más corto es el proceso, más garantías existen de que se mantengan las propiedades organolépticas de los alimentos así tratados.Después del tratamiento térmico, el producto se enfría con rapidez hasta alcanzar 4 -6ºC y, a continuación, se procede a su envasado. Los productos que habitualmente se someten a pasterización son la leche, la nata, la cerveza y los zumos de frutas.

Ebullición

Los alimentos se someten a ebullición (95/105ºC) por períodos de tiempo variables, con lo que se asegura la destrucción de la mayor parte de la flora microbiana. Su conservación oscila entre 4 y 10 días.

Tindalización

Se utiliza cuando las sustancias químicas no pueden calentarse por encima de 100° C sin que resulten dañadas. Consiste en el calentamiento del material de 80 a 100° C hasta 1 hora durante 3 días con sucesivos períodos de incubación. Las esporas resistentes germinarán durante los períodos de incubación y en la siguiente exposición al calor las células vegetativas son destruidas.

Calor Seco

El calor seco produce desecación de la célula, efectos tóxicos por niveles elevados de electrolitos, procesos oxidativos y fusión de membranas. Estos efectos se deben a la transferencia de calor desde los materiales a los microorganismos que están en contacto con éstos. El aire es mal conductor del calor, La acción destructiva del calor sobre proteínas y lípidos requiere mayor temperatura cuando el material está seco o la actividad de agua del medio es baja. Esto se debe a que las proteínas se estabilizan mediante uniones puente de hidrógeno intramoleculares que son más difíciles de romper por el calor seco.

Estufa de esterilización

La estufa de esterilización es el artefacto utilizado en los laboratorios para esterilizar por calor seco. Se requiere mayor temperatura y tiempo de exposición que el autoclave. La temperatura varía entre 120° y 180°C, requiriéndose distintos tiempos de exposición. A 140°C se necesitan por lo menos 5 horas de exposición, mientras que a 160°C se requieren al menos 2 horas de exposición. Sirve para esterilizar material de vidrio. El papel y el algodón no pueden ser esterilizados a más de 160°C.

Ventajas y desventajas de estufa

Ventajas

No es corrosivo para metales e instrumentos.

Permite la esterilización de sustancias en polvo y no acuosas, y de sustancias viscosas no volátiles.

Desventajas

Requiere mayor tiempo de esterilización, respecto al calor húmedo, debido a la baja penetración del calor.

El calor seco se utiliza principalmente para esterilizar material de vidrio y otros materiales sólidos estables al calor. El aparato que se emplea es el horno Pasteur.

Horno Pasteur

La destrucción de los microorganismos por incineración es una práctica rutinaria en los laboratorios. Las asas de siembra se calientan a la llama de mecheros Bunsen. La incineración también se utiliza en la eliminación de residuos hospitalarios.

Incineración

RADIACIÓN

Radiaciones ionizantes

Rayos gamma: Las radiaciones gamma tienen mucha energía y son emitidas por ciertos isótopos radiactivos como es el Co60 pero son difíciles de controlar ya que este isótopo emite constantemente los rayos gamma en todas direcciones. Estos rayos gamma pueden penetrar los materiales por lo que un producto se puede empaquetar primero y después esterilizar.

Rayos catódicos (Radiación con haz de electrones): Se usan para esterilizar material quirúrgico, medicamentos y otros materiales. Una ventaja es que el material se puede esterilizar después de empacado (ya que éstas radiaciones penetran las envolturas) y a la temperatura ambiente.

Radiaciones no ionizantes

Luz ultravioleta:. Las longitudes de onda alrededor de 265 nm son las que tienen mayor eficacia como bactericidas (200 - 295 nm). Se usan para reducir la población microbiana en quirófanos, cuartos de llenado asépticos en la industria farmacéutica y para tratar superficies contaminadas en la industria de alimentos y leche.

METODOS MECÁNICOS

Filtración

Se usan membranas filtrantes con poros de un tamaño determinado. El tamaño del poro dependerá del uso al que se va a someter la muestra. Hay que tener en cuenta que los filtros que se utilizan generalmente en los laboratorios no retienen virus ni micoplasmas, estos últimos están en el límite de separación según el diámetro de poro que se utilice.

Filtros profundos o Filtros de profundidad

Consisten de un material fibroso o granular prensado, plegado, activado, o pegado dentro de los canales de flujo. En este tipo de filtros la retención de las partículas se produce por una combinación de absorción y de retención mecánica en la matriz.

Membranas filtrantes

Tienen una estructura continua, y la retención se debe principalmente al tamaño de la partícula. Partículas más pequeñas al tamaño del poro quedan retenidas en la matriz del filtro debido a efectos electrostáticos.

Filtros de huella de nucleación (Nucleoporo)

Son películas muy delgadas de policarbonato que son perforadas por un tratamiento conjunto con radiación y sustancias químicas. Son filtros con orificios muy regulares que atraviesan la membrana verticalmente. Funcionan como tamices, evitando el paso de toda partícula con un tamaño mayor al del poro. La filtración se utiliza para emulsiones oleosas o soluciones termolábiles. Su usa para esterilizar aceites, algunos tipos de pomadas, soluciones oftálmicas, soluciones intravenosas, drogas diagnósticas, radiofármacos, medios para cultivos celulares, y soluciones de antibióticos y vitaminas.

CINETICA DE LA MORTANDAD DE LOS MICROORGANISMOS

Fases de Crecimiento de una Población Bacteriana

Cuando el cultivo alcanzó una velocidad constante de crecimiento se dice que está en la fase exponencial debido a que el número de células se puede expresar como función de 2n. Cada célula de bacteria o levadura da, por escisión o gemación, dos células y el número inicial Xo de células (en el instante to=0) se convierte, después de n generaciones en un tiempo t, en

X = Xo. 2n

Como n representa el número de divisiones celulares durante el intervalo de tiempo t, el tiempo de generación g = t/n, y X = Xo.2t/g o sea

ln X = ln Xo + t.ln 2/g

Cinética de la esterilización

La cinética de la esterilización por calor húmedo, está caracterizada por una reacción cinética de primer orden. 

Si No es el número de organismos viables presentes inicialmente y N es número viable al final tendremos que la ecuación de velocidad de muerte será:      

es la fracción de organismos viables que sobreviven después del tratamiento por calor durante el tiempo t y K = constante de velocidad de destrucción, que depende de la temperatura según la clásica ecuación de Arrhenius:

Cuando una población bacteriana es sometida a un proceso de esterilización que le provoca la pérdida de la viabilidad. Nunca se llega a un número de microorganismos igual a cero.

N = (N0 ) e - Kt

Si esta ecuación se transforma a base 10 resulta:

N = N0 10 - t / D

Tiempo de reducción decimal (valor D)

En donde D (min) se denomina Tiempo de reducción decimal, esto es el tiempo requerido para reducir la población microbiana un 90% o un orden de magnitud. El valor de D se deduce cuando t=D y por lo tanto N=0.1 N0. Comparando las ecuaciones anteriores se llega a que:

N = N0 . 10 - t / D

donde:D = ln 10 / K = 2.303 / K Esto significa que D está inversamente relacionado con k.

Entonces, menores valores de D significan una mayor tasa de muerte o una muerte más rápida.

Graficando el logarítmo del número de microorganismos sobrevivientes en función del tiempo de exposición a un determinado agente esterilizante se obtiene una recta. La pendiente está dada por -1/D y la ordenada al origen es log N0. Por lo explicado anteriormente, la pendiente de la recta está determinada por las condiciones de esterilización y de la resistencia del microorganismo.

Un producto se considera estéril cuando la probabilidad de encontrar unidades contaminadas es menor o igual a 10-6, esto es una unidad contaminada cada millón de unidades idénticas procesadas.

VALOR “z”

El número de grados requeridos por una curva de tiempo de muerte térmica específica para pasar por un ciclo logarítmico (cambio en factor de 10). Es también el índice de la pendiente negativa de la curva de tiempo de muerte térmica.

SIGNIFICADO DEL VALOR “z”

Caracteriza a la resistencia de las poblaciones a los cambios de temperatura.

Un organismo dado tendrá diferentes valores “z” en diferentes alimentos.

VALOR “F”

El número de minutos a una temperatura específica requeridos para destruir un número específico de organismos con un valor z específico.

Es una medida de la capacidad de esterilización de un tratamiento térmico.

VALOR “F” DE REFERENCIA:Fo

Es el número de minutos a 121°C requeridos para destruir un número específico de organismos cuyo valor z es de 10°C.

Se conoce también a Fo como el “valor de esterilización” del tratamiento térmico.

IMPLICACIONES DEL VALORF0

Diversas magnitudes de calentamiento proporcionan diferentes valores F0.

Los requerimientos de F0 de diversos alimentos difieren y son una medida de la facilidad o dificultad con la que estos alimentos pueden esterilizarse con calor.