Nutrición y metabolismo bacteriano

1. Nutrición y Metabolismo
Bacteriano
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez
EP. Ingeniería de Industrias Alimentarias
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 1

2. I. Introducción
• ¿Qué utilidad tiene conocer las condiciones
que un microorganismos requiere para
crecer?
# Obtenerlo en el
laboratorio
Cultivo
# Combatirlo o
evitar su proliferación
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 2

3. I. Introducción
I.1. Composición aproximada de los microorganismos.
• 80 % de agua
• 20 % de peso seco:
• Proteínas
• Ácidos Nucleicos
• Polisacáridos
• Lípidos
• Peptidoglucano
• Otros compuestos de peso molecular mas bajo
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4. I. Introducción
I.2. Biosíntesis
Ingreso de substancias para transformarse en
compuestos estructurales
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5. II. Nutrientes
• Substancias necesarias para asegurar
supervivencia.
• Proveen energía y elementos necesarios para
síntesis de estructuras celulares.
• Ingreso por absorción.
• Viabilidad: capacidad de reproducción.
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6. II. Nutrientes
2.1. Nutrientes esenciales o Básicos
• Asimilables por simple difusión o por transporte activo
• Agua
• Fuentes de Carbono
• Compuestos de nitrógeno
• Fósforo (fosfatos inorgánicos)
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7. II. Nutrientes
2.2. Otros Nutrientes
• Iones potasio
• Iones Magnesio
• Factores de Crecimiento u orgánicos
• Vitaminas
• Aminoácidos
• Oligoelementos
• Hierro
• Cobre
• Cobalto
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8. II. Nutrientes
2.3. Factores Estimulantes
• Influyen en el proceso de crecimiento.
• No son imprescindibles.
• En presencia de factores estimulantes crecen mas rápido y mejor.
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9. II. Nutrientes
2.4. Categorías Nutritivas
• Fuente de Carbono
• Carbono inorgánico: dióxido de carbono autótrofas o litótrofas
• Carbono orgánico: Heterótrofas u organótrofas
• Fuente de Energía
• Fotótrofas
• Quimiótrofas: energía suministrada por ATP
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10. II. Nutrientes
2.4. Categorías Nutritivas
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 10

11. II. Nutrientes
2.4. Categorías Nutritivas
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 11

12. II. Nutrientes
2.5. Control de microorganismos
• Muchos factores estimulantes del desarrollo bacteriano se usan para
preservar alimentos:
• Baja temperatura
• Salmueras
• Dulces
• Salados
• Ahumados
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13. III. Metabolismo Bacteriano
3.1. Definición
• Conjunto de reacciones o transformaciones químicas que tienen
lugar en un microorganismo para mantener su viabilidad
• Procesos o reacciones Catabólicas
• Degradan nutrientes
• Liberan energía
• Procesos o reacciones Anabólicas
• Tienden a unir moléculas
• Reacciones de síntesis que consumen energía
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14. III. Metabolismo Bacteriano
3.2. Enzimas
• Catalizadores orgánicos que aceleran las reacciones químicas por su
presencia, controlados genéticamente
• Actúan sobre un sustrato
• Reciben su nombre por el sustrato sobre el que actúan (Lipasa =
actúa sobre lípidos)
• Enzimas de la respiración : deshidrogenasas y oxidasas
• Proteínas de gran tamaño
• Proteínas mas fracción no proteica (cofactor)
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15. III. Metabolismo Bacteriano
3.2. Enzimas
• Holoenzima: proteína (apoenzima) mas cofactor
• Coenzima : el cofactor es ion metalico o molecula orgánica compleja
• Grupo prostetico: cofactor unido fuertemente a apoenzima
• Constitutivas: preformadas en la célula
• Inducibles o adaptativas: se forma en condiciones ambientales
especiales o en presencia de sustratos apropiados
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16. III. Metabolismo Bacteriano
3.2. Enzimas
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 16

17. III. Metabolismo Bacteriano
3.2. Enzimas
• Exoenzimas de tipo hidrolítico: unión
de agua a macromoléculas, unidades
pequeñas (bloques estructurales.
• Facilitan penetración pasiva,
facilitada o activa a través de pared y
membrana
• Para ingreso activo: actividad de
permeasas
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18. III. Metabolismo Bacteriano
3.2. Enzimas
• Endoenzimas: biosintesis para formar
macromoléculas (Anabolismo)
• Mecanismos de Represión
• Vías anfibólicas: los productos
generados en la degradación de un
elemento se aprovechan en la
síntesis de otros
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19. III. Metabolismo Bacteriano
3.3. Vías Metabólicas mas conocidas
• Glucólisis
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 19
Como consecuencia
del metabolismo hay
producción de toxinas,
vitaminas, antibióticos,
compuestos de interés
industrial (alcoholes)

20. III. Metabolismo Bacteriano
3.3. Vías Metabólicas mas conocidas
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21. III. Metabolismo Bacteriano
3.4. Métodos de cuantificación de poblaciones bacterianas
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Método Fundamento
Recuento en celda Conteo directo de células
Recuento en placa Conteo de colonias
N.M.P. Estadístico
Peso Seco Medición Directa
Nefelometría Dispersión de la luz
Turbidimetría Transmisión de la luz
Físicos y químicos Variados Indirectos

22. III. Metabolismo Bacteriano
3.4. Métodos de cuantificación de poblaciones bacterianas
3.4.1. Medios de Cultivo.
• Substancias nutritivas que permiten el desarrollo de
microorganismos en el laboratorio
• Cultivo: brindar condiciones óptimas de crecimiento
• Fáciles de preparar
• Baratos
• Permitir el desarrollo de gran variedad de gérmenes
• Aportar nutrientes adecuados (aminoácidos, nucleótidos,
factores de crecimiento, glucosa, iones inorgánicos)
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23. III. Metabolismo Bacteriano
3.4. Métodos de cuantificación de poblaciones bacterianas
3.4.1. Medios de Cultivo.
• Optimo contenido de H2O y correcto pH
• Requerimientos de O2
• Estéril, evitar contaminaciones
• Incubación: temperatura óptima en estufas
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24. III. Metabolismo Bacteriano
3.4. Métodos de cuantificación de poblaciones bacterianas
3.4.2. Clasificación de los medios de Cultivo.
• Naturales: solo usados para enriquecer medios (leche, suero,
papa)
• Artificiales se preparan en el laboratorio
• Líquidos: caldos
• Sólidos: caldos adicionados de substancias capaces de solidificar
(Agar-agar)
• Medios Complejos: extractos de carne, levadura, peptonas.
• Medios Enriquecidos: agregado de suero o sangre
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25. III. Metabolismo Bacteriano
3.4. Métodos de cuantificación de poblaciones bacterianas
3.4.2. Clasificación de los medios de Cultivo.
• Medios selectivos: permiten crecer un solo tipo de
microorganismo (substancias inhibidoras)
• Medios diferenciales o indicadores: evidencia alguna actividad
metabólica por cambio de estado o color propia de un tipo
determinado de microorganismo
• Medios de Transporte: traslado de muestras biológicas
manteniendo las bacterias viables
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 25

26. IV. Tratamientos según la temperatura
4.1. Refrigeración
Entendemos por refrigeración la
conservación de alimentos a
temperaturas inferiores a 10ºC y
superiores al punto de
congelación del agua. La baja
temperatura es, evidentemente,
un factor limitante del crecimiento
microbiano.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 26

27. IV. Tratamientos según la temperatura
4.1. Refrigeración
a. La refrigeración selecciona poblaciones
bacterianas.
A temperatura de refrigeración (0 – 5
°C) los organismos psicrófilos crecen más
rápidamente que los mesófilos y, por tanto,
la baja temperatura per se supone un factor
de selección de la flora del alimento de
gran importancia.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 27

28. IV. Tratamientos según la temperatura
4.1. Refrigeración
a. La refrigeración selecciona poblaciones
bacterianas.
Este hecho, unido a que a
temperaturas inferiores a la óptima los
periodos de latencia se alargan mucho,
especialmente en bacterias mesófilas, hace
que la población bacteriana esperable tras
largos periodos de refrigeración esté
constituida mayoritariamente por psicrófilos,
y que, por consiguiente, los procesos que se
produzcan a esta temperatura sean,
predominantemente, de alteración más que
de desarrollo de microorganismos
patógenos.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 28

29. IV. Tratamientos según la temperatura
4.1. Refrigeración
b. Choque de frio
Cuando se enfría rápidamente un
alimento muchas de las bacterias mesófilas
que normalmente resistirían la temperatura
de refrigeración, mueren como
consecuencia del «choque de frío». Esto es
más frecuente en Gram-negativas que en
Gram-positivas.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 29

30. IV. Tratamientos según la temperatura
4.1. Refrigeración
c. El frío produce alteraciones metabólicas
en los microorganismos
A baja temperatura las rutas
metabólicas de los microorganismos se ven
alteradas, como consecuencia de su
adaptación al frío. Estos cambios
metabólicos pueden dar lugar a que se
produzcan deterioros diferentes a los
causados por los mismos microorganismos a
diferentes temperaturas.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 30

31. IV. Tratamientos según la temperatura
4.1. Refrigeración
c. Congelación
Se entiende por congelación la
conservación de alimentos a temperaturas
inferiores al punto de congelación del agua.
Estas temperaturas pueden variar desde la
que se obtiene en un congelador casero (en
torno a -2 a -10ºC) y las conseguidas en
sistemas de congelación más potentes que
pueden llegar a -30 a -80ºC. La congelación
detiene el crecimiento de todos los
microorganismos. Los superiores (hongos,
levaduras, helmintos) son más sensibles que
las bacterias y mueren.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 31

32. IV. Tratamientos según la temperatura
4.1. Refrigeración
c. Congelación
Durante la congelación la carga
microbiana continua disminuyendo. Sin
embargo, las actividades enzimáticas de las
bacterias pueden continuar dando lugar a
más deterioro.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 32

33. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
Las temperaturas superiores a las de
crecimiento óptimo producen
inevitablemente la muerte del
microorganismo o le producen lesiones
subletales. Las células lesionadas pueden
permanecer viables; pero son incapaces de
multiplicarse hasta que la lesión haya sido
reparada.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 33

34. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
a. Valores D.
Un aspecto aplicado muy importante
de la temperatura es su utilización para la
esterilización por calor. Es necesario
esterilizar ciertos ambientes o instrumentos,
o eliminar de ellos una parte muy
importante de su carga microbiana. Esto se
puede hacer con facilidad y de forma
controlada mediante tratamientos términos.
En esta sección veremos cómo se puede
predecir cómo será la evolución de las
poblaciones microbianas como consecuencia
de su exposición a latas temperaturas.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 34

35. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
a. Valores D.
Habíamos visto en su momento que
durante la fase de muerte, la desaparición
de microorganismos seguía la
cinética descrita en la ecuación
siguiente:
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 35

36. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
a. Valores D.
• esto es: la fase de muerte también
sigue una cinética exponencial y puede ser
sometida a un tratamiento matemático
similar al usado para el tratamiento
matemático del crecimiento. Si
representamos la variación del logaritmo
del número de células supervivientes a un
tratamiento térmico realizado a una
temperatura dada en función del tiempo
de tratamiento, se obtiene una gráfica
como la siguiente:
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 36

37. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
a. Valores D.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 37

38. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
a. Valores D.
DONDE:
N0= Número de células al inicio del tratamiento,
NX= Número de células supervivientes después de un
tratamiento,
x= minutos a una determinada temperatura t.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 38

39. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
a. Valores D.
Determinar el valor del tiempo de reducción decimal a 116 º C
(D116) de un microorganismo a partir de los siguientes datos de
supervivencia al tratamiento
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 39
Duración del tratamiento Número de viables
5 340.0
10 65.0
15 19.0
20 4.5
25 1.3

40. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
a. Valores D.
Determinar el valor del tiempo de reducción decimal a 116 º C
(D116) de un microorganismo a partir de los siguientes datos de
supervivencia al tratamiento
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 40
min27,8
)3.1/340log(
min20
)/log(
116
116
0
116



D
D
NN
x
D
X

41. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
b. Valores Z.
Es el cambio de
temperatura que se requiere
para modificar el valor D por un
factor de 10.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 41

42. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
b. Valores Z.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 42
DONDE:
21, tt DD
 )( 12 tt Incremento de la temperatura
Valores de respectivos de D

43. IV. Tratamientos según la temperatura
4.2. Altas temperaturas
b. Valores Z.
Para un microorganismo determinado el valor D104.4 es
113.0 min. y D121.1 es 2.3 min. Calcular el valor z.
Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 43
Cz
z
DD
temp
z
tt
º9.9
)3.2/0.113log(
)4.1041.121(
)/log( 21






44. Ing. Alex Danny Chambi Rodriguez 44