06/12/2011FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CRECIMIENTO Y                                                  Crecimiento microbian...
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06/12/2011Efectos de la Aw sobre el crecimiento                                          Actividad de agua y crecimiento  ...
06/12/2011                                                              Valores de pH aproximado de productos lácteos,    ...
06/12/2011Potencial Redox (Eh)                                             Potencial redox y crecimiento microbiano       ...
06/12/2011                                                                           Relación entre las tasas de crecimien...
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  1. 1. 06/12/2011FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CRECIMIENTO Y Crecimiento microbiano en alimentos SUPERVIVENCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS ALIMENTOS La habilidad de los microorganismos para crecer o multiplicarse en un alimento María Marcela Martínez Miranda esta determinada por: M.Sc. Microbiología 1. El ambiente del alimento (factores intrínsecos) Dpto. de Ingeniería de Alimentos 2. El ambiente en el que el alimento Martínez M.Sc. Marcela es almacenado (factores extrínsecos) Universidad de Caldas Factores intrínsecos Factores extrínsecos• Nutrientes • Temperatura• pH • Humedad relativa del ambiente• Potencial redox y oxígeno • Presencia y concentración• Actividad de agua de gases atmosféricos• Constituyentes antimicrobianos • Presencia y actividades de• Estructura biológica otros microorganismos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES Factores intrínsecos Productos de desecho (productos de Nutrientes para la síntesis fermentación; ácidos CO2, etc; aceptores de electrones reducidos) Energía para biosíntesis Energía para la movilidad, Anabolismo transporte de (biosíntesis) nutrientes, etc. Macromoléculas y Catabolismo otros componentes Productos químicos, Marcela Martínez M.Sc. (fuente luz de energía) 1
  2. 2. 06/12/2011 Los microorganismos presentes en Contenido de nutrientes (1) alimentos varían ampliamente en BACTERIAS su requerimiento de nutrientes, siendo las bacterias las que requieren más nutrientes, seguidas por las levaduras y losLa leche y alimentos preparados mohos.tienen los 5 grupos de nutrientes Las carnes son ricas en proteínas,en cantidades suficientes para el lípidos, minerales y vitaminascrecimiento microbiano pero pobres en carbohidratos MOHOS LEVADURAS Las frutas y verduras son ricas en carbohidratos pero pueden ser pobres en proteínas, minerales y algunas vitaminas Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS Monosacáridos Carbohidratos en alimentos Hexosas: glucosa, fructosa, manosa, galactosa Pentosas: xilosa, arabinosa, ribosa, ribulosa, xilulosa Disacáridos Lactosa Sucrosa Maltosa Oligosacáridos Rafinosa Estaquiosa Polisacáridos Almidón Glucógeno Celulosa Inulina Hemicelulosa Dextranos Pectinas Gomas y mucilagosMarcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Utilización de carbohidratos por los Proteínas en alimentos microorganismos • Proteínas simples – Albumina (huevo) – Globulinas (leche) – Glutelinias (cereal) – Prolaminas (granos) – Colágenos (músculos) • Proteínas conjugadas • Péptidos • Compuestos nitrogenados no proteicos Todos los microorganismos normalmente presentes en los alimentos metabolizan (aminoácidos, urea, la glucosa amonio, creatinina) Los mohos son, la mayoría, Marcela Martínez M.Sc. capaces de usar polisacáridos Marcela Martínez M.Sc. 2
  3. 3. 06/12/2011 Lípidos en alimentos Lípidos en alimentos • Son sustratos menos preferidos por los m.o. para la síntesis de energía y material celular. • Muchos m.o. pueden producir lipasas y oxidasas lipídicas extracelulares. – Los mohos son más capaces de producir estas enzimas. – Pseudomonas, Achromobacter y Alcaligenes • La acción de estas enzimas está asociada con alteración (rancidez) o con la producción de sabores deseables (quesos madurados con mohos). • Cepas de Lactobacillus acidophilus, pueden metabolizar colesterol. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Vitaminas en alimentos Minerales en alimentos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. FACTORES DE CRECIMIENTO E INHIBIDORES EN Constituyentes antimicrobianos ALIMENTOS • Algunas especies de plantas contienen aceites esenciales que poseen actividad antimicrobiana: – Eugenol clavos – Alicina ajo – Aldehído y eugenol canela – Acil-isociocinato mostaza – Eugenol y timol salvia El huevo contiene lizosima que es un inhibidor La leche contiene – Carvacrol (isotimol) y timol orégano microbiano natural aglutinina que esEl tomate contienefactores de crecimiento un inhibidor • La leche de vaca contiene sustancias microbiano naturalque estimulan el antimicrobianas: lactoferrina, conglutinina, y elcrecimiento deLactobacillus Marcela Martínez M.Sc. sistema lactoperoxidasa.Martínez M.Sc. Marcela 3
  4. 4. 06/12/2011 Estructuras biológicas Actividad de agua en alimentos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Actividad de agua Presión osmótica• La disponibilidad de agua depende • Plasmolisis: cuando una célula se introduce en una solución de con baja actividad de agua, tal como una disolución de sal – contenido de agua del ambiente (hábitat húmedo o seco) o de azúcar, pierde agua. – concentración de solutos en el agua• La disponibilidad de agua se expresa como actividad de agua (aw• Sus valores varían entre 0 y 1 Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Presión osmótica Aw de alimentos Turgencia: fenómeno por el cual las células al absorber agua, Alimentos Aw se hinchan, ejerciendo presión contra las membranas Cereales, galletas, azúcar, sal, leche en polvo 0,10 a 0,20 celulares, las cuales se ponen tensas. Miel, chocolate, huevo seco < 0.60 Mermelada, jalea, frutos secos, queso 0,60 a 0,85 parmesano, nueces Embutidos fermentados, carnes curadas secas, 0,85 a 0,93 leche condensada azucarada, jarabe de arce Leche evaporada, pasta de tomate, pan, jugos de frutas, pescado salado, embutidos, queso 0,9 a 0,98 procesado Carnes frescas, pescado, frutas, vegetales, 0,98 a 0,99 leche, huevos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. 4
  5. 5. 06/12/2011Efectos de la Aw sobre el crecimiento Actividad de agua y crecimiento de los microorganismos microbiano• Influye en la GRUPOS MICROBIANOS Aw multiplicación de los microorganismos. Bacterias G – 0,97 Osmófilos• En su actividad Bacterias G + 0,90 metabolica. Levaduras 0,88 Xerófilos• En su resistencia y Hongos filamentosos 0,80 supervivencia. Bacterias halófilas 0,75 Halófilos Hongos xerófilos 0,61 Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Valores mínimos de Aw para el crecimiento de pH Y CRECIMIENTO microorganismos importantes en alimentos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. pH de alimentos Clasificación de los alimentos según su acidez Grupo según grado de Rango de pH Grupos de alimentos Microorganismos acidez Tipo de Productos cárnicos Rango de pH Ejemplos alimento Grupo 1: poco ácidos ≥5 Productos marinos Aerobios esporulados Leche Anaerobio Frutas, jugos de Hortalizas esporulados Levaduras, mohos y frutas, alimentos Mezcla de carne y bacterias no vegetales Alimentos fermentados (a Grupo 2: semiácidos 4,5 ≤ pH < 5,0 Sopas esporuladas pH menor a de acidez partir de frutas, Salsas 4.6 Tomates Bacterias esporuladas alta vegetales, carnes Peras Bacterias no y leche) y salsas Grupo 3: ácidos 3,7 ≤ pH < 4,5 Higos esporuladas para ensaladas. Piña Levaduras Otras frutas Mohos Alimentos Vegetales, Encurtidos pH de 4.6 y Grupo 4: muy ácidos pH < 3,7 Pomelo de acidez carnes, pescado, mayor Zumos cítricos baja leche y sopas. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. 5
  6. 6. 06/12/2011 Valores de pH aproximado de productos lácteos, cárnicos, aves de corral y pescado Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc.Valores aproximados de pH de algunas frutas Efecto del pH sobre el crecimiento frescas y verduras microbiano • Altera el funcionamiento de sus enzimas. • Se altera el transporte de nutrientes al interior de la célula. • Afecta la interacción entre los iones H+ y las enzimas de la membrana citoplasmática. • La morfología de algunos microorganismos puede resultar alterada por el pH. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Rangos de pH donde crecen algunos organismospH y crecimiento microbiano presentes en alimentos • Neutrófilos: pH entre 5.5 - 8 • Acidófilos: pH entre 0 - 5 • Alcalófilos: pH entre 8.5 – 11.5 RANGOS DE pH PARA EL CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS Grupo Rango Bacterias Gram negativas 4.5 - 9 Bacterias Gram positivas 4.0 – 8.5 Levaduras 2 – 8.5 Mohos Marcela Martínez M.Sc. 1.5 - 9 Marcela Martínez M.Sc. 6
  7. 7. 06/12/2011Potencial Redox (Eh) Potencial redox y crecimiento microbiano • Aerobios: El potencial redox (Eh) mide la tendencia a donar – Obligados: requieren O2 para crecer (21%). Pseudomonas, o ceder electrones Micrococcus, Bacillus, mohos. Eh (+): el elemento de – Facultativos Son microorganismos que pueden crecer en oxida presencia o ausencia de oxigeno. Enterobacterias, Staphilococcus Eh (-): el elemento de reduce • Microaerofílicos: Requieren O2, pero a niveles más bajos que los atmosféricos (1 - 15 %). Lactobacillus, Streptococcus, El oxigeno es el principal Pediococcus agente oxidante Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Potencial redox y crecimiento dePotencial redox y crecimiento microbiano microorganismos en alimentos• Anaerobios: organismos que carecen de sistemas respiratorios Grupo de Rango de Eh microorganismo s que Ejemplos y no pueden utilizar el O2 como aceptor final de electrones. pueden crecer Mohos, levaduras, – Estrictos: mueren en presencia del oxígeno Clostridium, +500 a +300 mV Aerobios Bacillus, Pseudomonas, Propionibacterium Moraxella y Micrococcus Bacterias acido lácticas y – Facultativos: Pueden realizar metabolismo energético +300 a +100 mV Anaerobios facultativos bacterias de la familia aerobio o anaerobio Enterobacteriacea – Aerotolerantes: pueden tolerar el O2 y crecen en su +100 a -250 mV Anaerobios Clostridium presencia aunque no pueden utilizarlo Microaerofilicos Campylobacter spp. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Factores extrínsecos Efecto de la temperatura sobre el crecimiento Temperaturas cardinales Marcela Martínez M.Sc. 7
  8. 8. 06/12/2011 Relación entre las tasas de crecimiento Clasificación según la temperatura y la temperatura • Psicrófilos – Obligados (optimos a 15-18ºC) – Facultativos, psicrotolerantes o psicrotrofos (óptimos a 20-30ºC) • Mesófilos (óptimos 25-40ºC) • Termófilos (óptimos >50ºC) – Hipertermófilos (óptimos >80ºC) – Termófilos facultativos: pueden crecer a <37ºC Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Clasificación según la Microorganismos psicrófilos temperatura • Hábitats fríos: – Aguas oceánicas, especialmente los fondos (1-2ºC) – Bolsas de agua en Ártico, Antártico, glaciares, etc. • Adaptaciones bioquímicas al frío: – Enzimas crio-resistentes – Sistemas de transporte adaptados a frío – Fosfolípidos de membrana aumentan proporción de ácidos grasos insaturados Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Microorganismos Microorganismos termófilos mesófilos • Hábitats permanentemente calientes: – Fuentes termales volcánicas terrestres Streptococcus pyogenes – Fuentes termales submarinas – Acúmulos de compost y ensilados • Adaptaciones bioquímicas – Enzimas y ribosomas termorresistentes – Membranas ricas en A.G. saturadosEscherichia coli – En Archaea: éteres de hidrocarburos con glicerol, e incluso monocapas bioquímicas bifitanil-tetraéteres Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Cianobacterias 8
  9. 9. 06/12/2011 Humedad relativa (HR) Gases atmosféricosSe entiende por HR, la relación Características del CO2entre la presión parcial de Incoloro, inodoro de sabor ácido.vapor de agua y su presión de Soluble en agua y grasa originando un ligero sabor ácido.saturación a una temperatura Bacteriostático y fungicida en valores por encima del 20%.dada. A temperaturas bajas se potencia su efectividad. Las HR elevadas favorecen la multiplicación de microorganismos, Características del N2 especialmente a temperaturas Incoloro, inodoro e insípido. de almacenamiento altas . Insoluble en agua y grasa. Desplaza el oxígeno del envase evitando oxidaciones. HR muy bajas determinan Evita el colapso del envase. pérdidas de peso en el alimento. Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Presencia y actividades de otros Gases atmosféricos microorganismos Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. Interferencia microbiológica 1. La microbiota de fondo o de origen necesita ser más grande en número de células viables que los organismos a ser inhibidos. 2. La microbiota interferente es generalmente heterogénea y los roles específicos que las especies individuales juegan no son claros. – competición por nutrientes – competición por sitios de adhesión – alteración desfavorable del ambiente Marcela Martínez M.Sc. Marcela Martínez M.Sc. 9
  10. 10. 06/12/2011“Los sueños de los grandes soñadores jamás llegan a cumplirse, siempre son superados” Marcela Martínez M.Sc. Alfred North Whitehead 10

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