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HIGIENE, MANIPULACION DE ALIMENTOS Y SISTEMAS DE PROCESADO

Las condiciones de la multiplicación de los microorganismos en los alimentos

José Abril

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Crecimiento de los microorganismos

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5.346.667.00096

2.407.083.00072

639.885.00048

24.674.00024

137.0000Cuenta bacteriana por mlHoras de almacenamiento

Multiplicación de bacterias en leche (a temperatura ambiente)

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Tiempo (horas)

Log.

nº m

icro

orga

nism

os

AB

C

DE F

G

HI

Crecimiento de los microorganismos

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A-B: Fase lagB-C: Fase estacionaria de crecimientoC-D: Fase logarítmicaD-E: Fase de crecimiento negativoE-F: Fase estacionariaF-G: Fase de muerte aceleradaG-H: Fase de muerte o fase de decliveH-I: Fase de supervivencia

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Factores que influyen sobre el crecimiento microbiano

AmbientalesTemperaturaHumedadOxígeno

Estructura del alimentoComposición general del medioInfluencia del pHInfluencia de la actividad de agua

Transformaciones del alimento durante el proceso industrial

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Temperatura

El crecimiento microbiano es función de la temperatura:

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TREa

ekk ⋅−

⋅= 0

La temperatura actúa sobre:El estado físico del aguaLa velocidad de las reacciones enzimáticasLa plasticidad de membranas y citoplasmaLa desnaturalización de macromoléculas

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Efectos de la temperatura:Puede: favorecer, inhibir o detener el crecimiento celular. Incluso matar al microorganismo.Las muy bajas y las elevadas (siempre subletales) provocan un stress que produce respuestas de resistencia y adaptación.Es un excelente medio de control y selección de floras banales y patógenas.

La temperatura óptima para la mayoría de microorganismos se encuentra próxima a 20ºC.El rango de crecimiento de microorganismos es el intervalo -18 a +90ºC.

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Temperatura

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Clasificación de los microorganismos por zonas de temperatura de desarrollo

Psicrótrofos y psicrófilosPsicrófilos: están adaptados al frío, se desarrollan a 0ºC.Psicrótrofos: se adaptan a temperaturas próximas a 0ºC, pero su desarrollo optimo es a 25ºC. Lo son la mayoría de levaduras y mohos. Raramente son patógenos.

Mesófilos: se multiplican entre 20 y 45ºC. Lo son la mayoría de los patógenos y de los responsables de alteraciones.Termófilos: se desarrollan entre 45 y 65ºC. Las esporas de algunos de ellos pueden resistir horas a 100ºC y minutos a 130ºC. Incluyen todos los géneros de Bacillus y Clostridium.

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Humedad

Los microorganismos están constituidos mayoritariamente por aguaNecesitan agua, que utilizan:

como solvente de nutrientescomo agente que interviene en reacciones

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Oxígeno

La acción del oxígeno se manifiesta de tres formas:

modificación del potencial de oxido-reducciónaceptor final de electrones para los aerobios estrictos y facultativosagente de stress oxidativo por medio de sus formas activas.

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De acuerdo con sus exigencias de oxígeno los microorganismos se clasifican

Aerobios estrictos Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, las bacterias acéticas y las nitrificantes y los mohos.

Anaerobiosestrictos: Clostridium, Bacteroides, Peptococcus, Prionibacterium son inactivados por el oxígenomicroaerófilos: Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcussoportan presiones parciales de oxígeno variables.

Aerobios facultativosenterobacterias, Staphylococcus y la mayoría de las levaduras, pueden desarrollarse en presencia o ausencia de oxígeno.

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Los medios biológicos son pobres en oxígeno y ricos en sustancias reductoras.Los alimentos húmedos y compactos (carne, leche) son muy reductores

en su interior se desarrolla la flora anaerobiaen superficie aerobia.

Los productos vegetales frescos y enteros están vivosmohos sobre y en el interior de frutas y hortalizasbacterias aerobias sobre y en las hortalizas.

Los purés y zumos de productos vegetaleslevaduras floras lácticas.

Productos pulverulentos (harinas de cereales, leche en polvo)mohos y/o bacterias aerobias.

Oxígeno

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Composición general del medio

Los microorganismos encontrados en los alimentos pueden ser:

Quimio-organótrofos: utilizan preferentemente hidratos de carbono como fuente de energía. Son los más abundantes.Prototrofos: se desarrollan a partir de una fuente de nitrógeno mineral y un hidrato de carbono (E. coli; B. subtilis; ciertos Pseudomonas).Auxotrofos: exigen uno o varios aminoácidos y otros factores de crecimiento: vitaminas, bases nitrogenadas (Lactobacillus, Streptococcus).

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Límites de pH para el crecimiento

9.4-10.06.8-7.55.0-6.0Bacillus

8.5-9.06.0-7.65.0-5.8Cl. sporogenes

8.56.0-7.65.5Cl. perfringens

8.24.8Cl. botulinum

9.04.6-5.0Clostridium

9.36.8-7.54.2Staphylococcus

9.06.0-8.04.3E. coli

8.0-9.66.5-7.24.0-4.5S. typhi

9.06.5-7.55.6Enterobacterias

8.0-9.06.6-7.04.4-4.5P. aeruginosa

8.06.6-7.05.6Pseudomonas

7.05.5-6.04.0-4.6L. acidophilus

9.26.44.1-4.8S. lactis

6.55.5-6.05.0Leu. cremoris

8.05.5-6.53.5L. plantarum

10.55.5-6.53.2Bacterias lácticas

9.25.4-6.34.0Bacterias acéticas

11.06.5-7.54.5Bacterias

8.0-8.55-6.51.5-3.5Levaduras

8.0-11.04.5-6.81.5-3.5Mohos

MáximoÓptimoMínimo

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La acción del pH sobre el crecimiento microbiano tiene lugar a tres niveles:

el mediola permeabilidad de la membranala actividad metabólica.

Los alimentos de pH bajo (< 4,5) no son alterados fácilmente por bacterias.El pH de los alimentos depende de su equilibrio ácido-base y también de la capacidad tampón del producto.

Influencia del pH

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pH de algunos alimentos

2.2-2.4Limones5.0-5.7Pato

3.4-4.5Uvas6.3-6.7Ostras

3.4-4.2Melocotones5.0-6.0Pan

6.0-6.5Champiñones4.7-4.8Queso Roquefort

4.9-5.5Judías verdes5.2-5.3Queso parmesano

3.6-4.3Naranjas6.1-6.4Mantequilla

2.9-3.3Manzanas6.3-6.5Leche

5.1-5.8Espinacas5.9-6.1Atún

3.2-4.0Piña6.8-7.0Camarones

4.7-5.2Pimientos5.7-6.6Sardinas

5.6-6.5Guisantes6.1-6.3Salmón

4.2-4.9Tomates6.5-6.8Pescado

5.3-5.8Cebollas5.8-6.4Carne de pollo

5.4-6.2Patatas5.3-6.4Carne de cerdo

5.2-6.0Zanahorias5.3-6.2Carne de vacuno

pHAlimentospHAlimentos

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Influencia de la actividad de agua

Actividad de agua:Agua disponible para las reacciones químicas, bioquímicas y para las

transferencias a través de membranas semipermeables

0ppaw =

La HR de equilibrio del ambiente estárelacionada con la aw del producto:

100HRaw =

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Valores mínimos de aw para el crecimiento

0.70Mohos xerófilos

0.78A. flavus

0.85P. expansum0.750Bacterias halófilas

0.85A. clavatus0.860S. aureus

0.80-0.90Mucor0.900B. subtilis

0.90Fusarium0.950C. botulinum A, B

0.93Botrytis cinerea0.950Salmonella sp

> 0.70MOHOS0.957E. coli

0.970P. fluorescens

0.62Levaduras osmofílicas0.970C. perfringens

0.90Rhodotorula0.979C. botulinum E

0.90-0.94S. cerevisiae0.990Acinetobacter

> 0.87LEVADURAS> 0.910BACTERIAS

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Factores que influyen en la necesidad de aw

Tipo de soluto utilizadoMedio de cultivoTemperaturaPresencia de airepHSustancias inhibidoras

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Valores de aw de los alimentos

0.700Cereales0.985Patatas

0.800-0.750Mermeladas0.995-0.989Setas

0.985Melocotones0.998-0.992Pepinos

0.988Naranjas0.989-0.983Zanahorias

0.991-0.988Melones0.987-0.976Alcachofas

0.984Limones0.995Leche

0.986-0.963Uvas0.950-0.850Productos de charcutería

0.977Cerezas0.994-0.990Pescados

0.980Manzanas0.990Carne de cerdo

0.991Tomates0.990-0.980Carne de vacuno

awAlimentoawAlimento

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Transformaciones del alimento durante el proceso industrial

Las operaciones tecnológicas modifican los parámetros físico-químicos del alimento:

la composiciónla temperaturala actividad de aguael potencial redoxel pH.

Estas operaciones serán las responsables de las modificaciones en la flora microbiana cuando las condiciones de higiene se encuentren controladas.

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Resultados de las operaciones tecnológicas

Disminución de la flora total y selección de algunos gérmenes determinados:

psicrotrofos en los refrigeradosesporulados en los alimentos termizadosbacterias lácticas en carnes envasadas a vacíomohos en los deshidratados.

Homogeneización de la floradespués de operaciones como molido y mezclaademás el producto es microbiológicamente más frágil porque se ha destruido su estructura.

Implantación de flora específicala flora implantada se convierte en dominante y la banal o patógena se ve reducida o incluso desaparece.

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Microbiología predictiva

Pretende responder a estas cuestiones:cómo concebir y fabricar un producto garantizando su seguridadcómo modificar la composición de un producto para evitar un desarrollo microbiano indeseable sin afectar negativamente a sus cualidades organolépticasqué nivel de contaminación se puede tolerar en cada uno de los puntos de la cadena

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Microbiología predictiva

el tiempo de latencia (λ) depende del estado inicial de los microorganismos y de las características del medio (pH, aw, …) la tasa de crecimiento exponencial depende esencialmente de las características del medio el máximo alcanzado por la curva está ligado a la concentración del factor limitante que exista en el medio

Tiempo (horas)

Log.

nº

mic

roor

gani

sm

λ

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Desarrollo del modelo

Identificar los parámetros que limitan la conservación:

microorganismosniveles que no se deben sobrepasar

Seleccionar los factores a considerarMontar las experiencias midiendo la evolución de la población microbianaEstablecer la relación matemática.De la ecuación de la curva se obtienen los parámetros de crecimiento

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Aplicaciones

Ajustar la formulación de los productos.Evaluar las cadenas de fabricación, de almacenamiento y de distribución.Concebir los sistemas de fabricación minimizando los riesgos.Conocer la fecha límite de consumo de los alimentos.Incrementar al formación de los tecnólogos.

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Predicción de la vida útil microbiológica de un alimentoEl inicio de la curva de crecimiento microbiano se puede asimilar a una función exponencial : tk

f eNN ⋅⋅= 0

y = 6,4092e0,0609x

R2 = 0,9407y = 15,946e0,013x

R2 = 0,9817

y = 3,9492e0,0054x

R2 = 0,9662

0

5000

10000

15000

20000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000tiempo (horas)

Con

tam

inac

ión

(ufc

/g)

20ºC10ºC4ºC

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Predicción de la vida útil microbiológica de un alimento

Las pendientes de las curvas de crecimiento son función de la temperaturay su influencia se puede describir utilizando la ecuación de Svante Arrhenius:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅−

⋅=TR

Eexpkk A0

Por lo tanto, la ecuación general, a cualquier temperatura, del crecimientomicrobiano en la fase exponencial se escribirá:

[ ] ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅−

⋅=⋅⋅= tTR

EexpkexpNtkexpNN Af 000

Para poder utilizar esta ecuación se deberán conocer los valores de k0 y de EA

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Predicción de la vida útil microbiológica de un alimentoSi se expresa la ecuación de Arrhenius en su forma logarítmica:

TREkln

TREklnkln AA 1

00 ⋅−=⋅

−=

y = -12336x + 39,289R2 = 0,9992

-6

-5,5

-5

-4,5

-4

-3,5

-3

-2,5

0,0034 0,00345 0,0035 0,00355 0,0036 0,003651/T

Ln(k

)

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Una vez conocidos los valores del factor pre-exponencial y la energía de activación se podrán hacer los cálculos de

Evolución de la contaminación con el tiempo a temperatura constanteEvolución de la contaminación a distintas temperaturasEvolución de la contaminación con perfiles múltiples de temperatura

Predicción de la vida útil microbiológica de un alimento

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