Microbiología e Inocuidad Alimentaria

Introducción

Los peligros microbiológicos son la principal causa de las enfermedades transmitidas por los alimentos (ETA). Son también los peligros más difíciles de evaluar dada su diversidad y naturaleza dinámica. Los nuevos y emergentes peligros microbiológicos presentan una amenaza particular a la salud pública y la industria de los alimentos debe continuamente tomar en cuenta esto en el desarrollo de sus programas de control.

La mayoría de los responsables de la inocuidad alimentaria encuentran por sí mismos en algún punto del desarrollo de los planes HACCP que requiere identifiquen y perfilen un rango de peligros incluyendo los microbiológicos. A menos que el responsable haya estudiado ese campo específico, con frecuencia les es difícil identificar y caracterizar los riesgos que poseen. Es esencial una comprensión básica de microbiología de los alimentos para el desarrollo de planes HACCP robustos y efectivos. El consultar a un microbiólogo en alimentos es una recomendación para fortalecer los planes HACCP, sin embargo, sigue siendo importante entender e interpretar correctamente la información proporcionada por dichas fuentes.

Con la intención de apoyar a los preciados lectores, clientes y amigos, se realizará la publicación de algunos artículos relacionados con la microbiología de los alimentos, considerando como se relaciona con la inocuidad de los alimentos y su gestión en el ambiente de producción de alimentos.

La publicación del día de hoy está desarrollada para proporcionar a los responsables de los sistemas de gestión de inocuidad alimentaria un conocimiento básico de microbiología de los alimentos y subrayar el aprendizaje que hayan adquirido previamente durante su formación. La intención no es que sea una representación completa de la materia, pues es vasta y en constante cambio. Tampoco se pretende reemplazar la evaluación detallada de los peligros patogénicos requeridos como parte de los estudios HACCP.

Microbiología e Inocuidad Alimentaria

La microbiología es la ciencia que estudia los organismos vivos que no podemos observar a simple vista (Si, es una definición demasiado simple, lo sé, pero es para efectos prácticos). El uso de un microscopio es la única manera en la que podemos observar los millones de pequeñas criaturas viviendo en nuestro ambiente. Mientras que muchas de ellas desempeñan un papel benéfico en la salud pública y en la producción de alimentos también hay varias que pueden causar enfermedades (Microorganismos Patógenos). Ya sea que el microorganismo sea benéfico o no, necesita condiciones favorables para su reproducción. Las condiciones pueden variar de acuerdo con el tipo de microorganismo, pero en general se requieren las siguientes:

• Sustrato (Alimento).
• Tiempo y Temperatura.
• pH (Acidez versus Alcalinidad).
• Actividad de Agua.
• Oxígeno (Para ciertas bacterias).

Hay varias categorías de microorganismos concernientes a la inocuidad alimentaria. El día de hoy me enfocaré a tres de ellos: Bacterias, Virus y Hongos/Levaduras. Todas son potencialmente transmisibles a través de los alimentos y agua, y su tiempo de supervivencia puede variar desde horas hasta años, según sea el caso. Para muchos de los alimentos que consumimos no es posible garantizar que estén libres de microorganismos patógenos. El objetivo es asegurar que el nivel de peligro y el riesgo es conocido y reducido a un nivel aceptable. Las bacterias son usualmente clasificadas de acuerdo a su reacción a la Tinción de Gram, forma de la célula, serotipo y/o tipificación de fagos. Las categorías mencionadas podrían ser resumidas de  la siguiente manera:

Bacterias

• Unicelulares, clasificadas por forma y estructura.
• Pueden ser clasificadas de acuerdo a su estructura; la estructura es una forma de identificar especies exactas.
• Algunas son:
  • Cocos: Redondos.
  • Estreptococos: Cadenas.
  • Estafilococos: En grupos o racimos.
  • Diplococos: En pares.
  • En forma de vara (Barra): Bacilos.
  • Flagelos: Cabos (‘cola’).

 Virus

• Algunos son:
  • Espirales, o en forma de tirabuzón: Spirilla.
  • Reproducción como Bacteria por Fisión Binaria.
  • Crecen en alimentos.
  • Formadores de endosporas.
  • Productores de toxinas en los alimentos.
  • Parásitos de célula huésped.
  • Transmitidos por alimentos y agua.

Fungi (Hongos y Levaduras)

• Brotes, Formación de Esporas, Crecimiento Micelial.
• Crecen en alimentos.
• Producción de toxinas (Micotoxinas) en los alimentos.

Procedencia

Las principales fuentes de la contaminación de alimentos por microorganismos dependen del producto, método de producción y procesamiento, y los estándares de higiene empleados en la manufactura. Algunas fuentes incluyen (Pero no se limita a):

• Tracto intestinal de humanos y/o animales.
• Manipuladores de alimentos.
• Utensilios y equipos para el procesamiento de alimentos.
• Alimento para animales.
• Piel de animales.
• Aire y polvo.

Curva de crecimiento microbiano

El crecimiento de los microorganismos en un alimento sigue las siguientes fases:

• Fase de Latencia. Cuando los microorganismos se están adaptando a un nuevo ambiente y no han producido las suficientes enzimas para deteriorar el alimento. Uno de los objetivos de la preservación de alimentos es la de extender esta fase.
• Fase Exponencial. Se observa un gran incremento en el número correspondiente a la población de microorganismos y depende del alimento y otras condiciones.
• Fase Estacionaria. En esta fase el suministro de alimento (Para los microorganismos) comienza a decrecer o los inhibidores químicos están limitando la reproducción de los microorganismos.
• Fase de Declive o Muerte. En esta fase se observa un declive en el número viable de microorganismos debido a escasez del alimento, inhibidores o competición con otros microorganismos.

Esta curva de crecimiento es más relevante para crecimiento a largo plazo y deterioro de productos que solo consideraciones de inocuidad alimentaria. El Tiempo de Generación (O el tiempo que la población de microorganismos necesita para duplicarse o reproducirse) es usualmente 20 minutos. La población de microorganismos es raramente distribuida uniformemente en un alimento.

Preservación de Alimentos

La demora o la prevención del crecimiento microbiano (Prolongando así la vida de anaquel) mientras mantengamos la salubridad de nuestros alimentos es un campo importante de la ciencia y tecnología de los alimentos. Sin embargo, sus efectos en los patógenos y en consecuencia en la inocuidad de los alimentos no es necesariamente una relación directa. Es importante considerar:

• La eliminación de los microorganismos de deterioro no es lo mismo que la eliminación de los microorganismos patógenos.
• Un alimento puede parecer comestible y aun así contener patógenos.
• El daño de las células microbianas puede ser sub-letal.

Factores que afectan el Crecimiento Microbiano en los Alimentos

Hay factores que afectan el crecimiento de microorganismos en los alimentos. Estos incluyen:

• Factores extrínsecos: Influencias ambientales externas las cuales pueden ser controladas en muchos casos.
• Factores intrínsecos: Propiedades físicas, químicas y estructurales del alimento.

Factores Extrínsecos

1. Temperatura durante el almacenamiento.
   • Se recomienda almacenar los productos perecederos a <5°C.
   • El rango de reacción enzimática y la permeabilidad de la membrana celular es afectada.
   • Los psicrótrofos incluyen varios patógenos alimentarios, por ejemplo, Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum tipo E, Yersinia spp, Vibrio spp, Aeromonas spp.
   • Los psicrótrofos son tolerantes al frío. Temperatura óptima: >15°C; Temperatura máxima: >25°C; Temperatura mínima: ≥0°C.
   • Los psicrófilos se adaptan al frío. Temperatura óptima: <15°C; Temperatura máxima: 25°C; Temperatura mínima: ≤0°C.
   • El almacenamiento prolongado a baja temperatura o un decremento gradual en la temperatura de almacenamiento podría reducir la temperatura mínima para su reproducción.

2. Humedad Relativa (HR) el medio ambiente durante el almacenamiento.
   • Generalmente, al disminuir la temperatura, se incrementa la HR (Las unidades de refrigeración usualmente tienen una HR alta).
   • La HR interactúa con el contenido de humedad en los alimentos.
   • El impacto en el material de empaque depende de su permeabilidad.
3. Presencia y concentración de gases en el ambiente.
   • O₂ – Ambientes aeróbicos / anaeróbicos.
   • CO₂ – Almacenamiento en “Atmósfera Controlada”; Empacado en Atmósfera Modificada.
   • O₃ – El ozono puede esterilizar, pero presenta dificultades con alimentos de altos contenido de lípidos (Agente oxidante).
   • La mayoría de los microorganismos patógenos en alimentos son aerobios facultativos.

Factores Intrínsecos

1. Contenido de humedad en el alimento (Actividad de Agua a_w).
   • La actividad de agua (a_w) es la cantidad de agua disponible que pueden utilizar los microorganismos para su reproducción.
   • Es la relación de la presión de vapor de agua del alimento (P) con la del agua pura (Pa) a la misma temperatura.
   • En términos de esta relación podemos definir los rangos de a_w para la reproducción de varios microorganismos.

0.91 – 0.99 Fungi y Bacterias.

0.80 – 0.91 Hongos, Halofilos, S. aureus.

0.60 – 0.80 Bacterías Halofílicas y Hongos.

<0.60 No hay reproducción.

• La mayoría de las bacterias de deterioro no se reproducen a <0.91.
• La mayoría de los patógenos requieren 0.95 – 0.99 (Excepto aureus, 0.86).
• Todos los microorganismos requieren agua para su reproducción, pero no para sobrevivir. La ausencia de agua causa el cese de la reproducción, pero la supervivencia varía.
• Se puede obtener una reducción de la a_w por deshidratación, la adición de sal (NaCl) o azúcar. En algunos casos la reducción de a_w puede incrementar la resistencia al calor.

2. pH del alimento.
   • El pH de un alimento puede afectar la reproducción y supervivencia de varios microorganismos.
   • Los rangos de pH para la reproducción son los siguientes:

Hongos: 0 – 11. Óptimo 4.5 – 5.5.

Levaduras: 3 – 10. Óptimo 4.5 – 5.5.

Bacteria: 4 – 9. Óptimo 6.5 – 7.5.

• Muchas reacciones metabólicas en los microorganismos son dependientes del pH. Si el pH es inadecuado resultará en una fase de latencia más prolongada.
• Los alimentos se pueden clasificar de acuerdo a su pH.

Alimentos de baja acidez (>5.3) – Alimentos proteicos.

Alimentos de acidez media (4.5 – 5.3) – Queso, carnes enlatadas.

Alimentos ácidos (3.7 – 4.5) – Jitomate, Yogurt.

Alimentos de alta acidez (<3.7) – Frutas Cítricas.

• Los alimentos ácidos son deteriorados generalmente por hongos, levaduras y ciertas bacterias como los lactobacilos.
• Ciertos alimentos tienen un, digamos, poder para amortiguar y resistir los cambios en el pH, por ejemplo, las proteínas.
• La pre-exposición a un pH bajo reduce la resistencia microbiana al calor en alimentos que necesitan tratamiento térmico subsecuentemente.

3. Potencial de Oxidación – Reducción del Alimento.
   • Este factor es conocido por varios nombres tales como O/R, Eh, Potencial Redox, o Potencial de Oxígeno del alimento y es una medición de cuán sencillo es oxidar un alimento.
   • Depende de un cierto número de factores incluyendo la O/R del alimento mismo, la capacidad del alimento para resistir un cambio en la O/R, la tensión de oxígeno en la atmósfera circundante del alimento, el acceso que tenga el ambiente al alimento.
   • El oxígeno en el aire es un poderoso agente oxidante.
   • Los microorganismos pueden ser clasificados de acuerdo a sus requisitos de oxígeno:

Aerobios obligados: Requieren condiciones de oxidación; Alta Eh +400mv.

Anaerobios obligados: Requieren condiciones reducidas de oxidación; Baja Eh -200mv.

Microaerofilos: Requieren condiciones ligeramente reducidas 4 – 10 % oxígeno.

Facultativos Aerobios / Anaerobios: Se reproducen en cualquier condición.

• Los agentes reductores pueden ser utilizados para mantener un bajo Eh tales como las proteínas y el ácido ascórbico.
• El crecimiento microbiológico en alimentos también reduce el Eh.

4. Contenido de nutrientes del alimento.
   • Los nutrientes son requeridos para la reproducción de los microorganismos.

Carbono: Azúcares, alcohol, aminoácidos, carbohidratos complejos, ácidos grasos.

Nitrógeno: Aminoácidos, proteínas, nitrógeno inorgánico.

Factores de Reproducción: Vitaminas del complejo B.

• Algunos microorganismos requieren nutrientes simples, por ejemplo, las bacterias Gram – (Negativo), hongos. Otras requieren nutrientes más complejos, por ejemplo, las bacterias Gram + (Positivo).

5. Sustancias antimicrobianas en los alimentos.
   • Están presentes de manera natural en el alimento e incluyen aceites esenciales, bacteriocinas, lisozimas, ácido benzoico y otros ácidos fuertes.
   • También pueden producirse por otros microorganismos (Ácidos y alcoholes) o durante el proceso.
   • Se pueden agregar intencionalmente como parte de la receta o maliciosamente (Aditivos o adulterantes).

6. Estructura física y biológica del alimento.
   • Algunos alimentos tienen una capa externa protectora natural (Cáscara, piel, cascarón, revestimiento ceroso).
   • Los cambios en la estructura durante el proceso (Rebanado, porcionar, moler, cortar, etc) incrementa el área de la superficie con una gran oportunidad de contaminar, incrementando el Eh.