INFLUENCIA DE LA ACTIVIDAD DE AGUA EN EL CRECIMIENTO MICROBIANO (AW)Actividad de aguaEl agua es el solvente en donde ocurren las reacciones qumicas y enzimticas de la clula y es indispensable para el desarrollo de los microorganismos. La disponibilidad del agua es uno de los factores ms importantes que afecta el crecimiento de los microorganismos en sus ambientes naturales, ya que sta constituye entre el 80 y 90% de su peso. La disponibilidad no depende solamente del contenido de agua, sino que es funcin de la cantidad de solutos presentes en una solucin determinada y de la fuerza con que est retenida en los distintos materiales slidos.Se denominaactividad de aguaa la relacin entre la presin de vapor de agua del substrato de cultivo (P) y la presin de vapor de agua del agua pura (P0):

La Aw est afectada por dos factores: la concentracin de solutos en la solucin, conocido como efecto osmtico y la adsorcin a superficies, denominado efecto matricial. La influencia de ambos factores depende del ambiente en el que se desarrollen los microorganismos. As el efecto osmtico es el de mayor importancia en ambientes acuticos o sustancias como la leche, mientras que el efecto matricial tiene mayor peso en materiales slidos como madera o alimentos. En un ambiente como el suelo influyen ambos factores, aunque el efecto de los solutos disueltos en la solucin (efecto osmtico) sea menor en relacin a la fuerza con que el agua es retenida por los materiales slidos (efecto matricial)El valor de la actividad de agua nos da una idea de la cantidad de agua disponible metablicamente. Por ejemplo: comparemos el agua pura donde todas las molculas de agua estn libremente disponibles para reacciones qumicas con el agua presente en una disolucin saturada de sal comn (NaCl) donde una parte importante de las molculas de agua participa en la solvatacin de los iones de la sal disuelta. En este ltimo caso, la actividad de agua mucho menor que en el primero. Conforme aumenta la cantidad de solutos en el medio, disminuye su actividad de agua.El valor de la actividad de agua est relacionado con el de la humedad relativa (HR) de la siguiente forma:

Cuando un microorganismo se encuentra en un substrato con una actividad de agua menor que la que necesita, su crecimiento se detiene. Esta detencin del crecimiento no suele llevar asociada la muerte del microorganismo, sino que ste se mantiene en condiciones de resistencia durante un tiempo ms o menos largo. En el caso de las esporas, la fase de resistencia puede ser considerada prcticamente ilimitada.La gran mayora de los microorganismos requiere unos valores de actividad e agua muy altos para poder crecer. De hecho, los valores mnimos de actividad para diferentes tipos de microorganismos son, a ttulo orientativo, los siguientes: bacteriasaw>0.90, levadurasaw>0.85, hongos filamentososaw>0.80. Como puede verse, los hongos filamentosos son capaces de crecer en substratos con una actividad de agua mucho menor (mucho ms secos) de la que permite el crecimiento de bacterias o de levaduras. Por esta razn se puede producir deterioro de alimentos de baja actividad de agua (por ejemplo, el queso o almbares) por mohos (hongos filamentosos) y no por bacterias.Existen microorganismos extremadamente tolerantes a las actividades muy bajas (toleran valores deaw=0.60). Algunos de estos microorganismos pertenecen al grupo de lasArqueasy pueden observarse en las salinas de desecacin formando manchas coloreadas en los depsitos de sal.La reduccin de la actividad de agua para limitar el crecimiento bacteriano tiene importancia aplicada en industria alimentaria. La utilizacin de almbares, salmueras y salazones reduce la actividad de agua del alimento para evitar su deterioro bacteriano.ACTIVIDAD DE AGUA REDUCIDA. Los microorganismos requieren la presencia de agua, en una forma disponible, para que puedan crecer y llevar a cabo sus funciones metablicas. La mejor forma de medir la disponibilidad de agua es mediante la actividad de agua (aw). La aw de un alimento puede reducirse aumentando la concentracin de solutos en la fase acuosa de los alimentos mediante la extraccin del agua o mediante la adicin de solutos. La deshidratacin es un mtodo de conservacin de los alimentos basado en la reduccin de la aw, durante el curado y el salazonado, as como en el almbar y otros alimentos azucarado son los solutos los que, al ser aadidos, descienden la aw. Un pequeo descenso de la aw es, a menudo, suficiente para evitar la alteracin del alimento, siempre que esta reduccin vaya acompaada por otros factores antimicrobianos. La mayora de las bacterias y hongos crece bien a aw entre 0,98 y 0,995; a valores aw ms bajos la velocidad de crecimiento y la masa celular disminuyen a la vez que la duracin de la fase de latencia aumenta hasta llegar al infinito (cesa el crecimiento). Algunos tipos de microorganismos son capaces de crecer en condiciones de alto contenido de sal (Baja aw). Dependiendo de la capacidad de supervivencia a baja aw se denominan osmfilos, xerfilos y halfilos (segn va aumentando su requerimiento de sal). La baja aw reduce tambin la tasa de mortalidad de las bacterias: una baja aw protege los microorganismos durante tratamientos trmicos.Grupos principales de alimentos en relacin con su aw Tienen aw de 0,98 o superior las carnes y pescados frescos, las frutas, hortalizas y verduras frescas, la leche, las hortalizas en salmuera enlatadas, las frutas enlatadas en jarabes diluidos. Existen muchos alimentos con un alto contenido en agua entre los que se encuentran los que tienen un 3,5 % de NaCl o un 26 % de sacarosa en la fase acuosa. En este rango de aw crecen sin impedimento alguno todos los microorganismos causantes de toxiinfecciones alimentarias y los que habitualmente dan lugar a alteraciones, excepto los xerfilos y halfilos extremos. Tienen aw entre 0,98 y 0,93 la leche concentrada por evaporacin, el concentrado de tomate, los productos crnicos y de pescado ligeramente salados, las carnes curadas enlatadas, los embutidos fermentados (no secos), los embutidos cocidos, los quesos de maduracin corta, queso de pasta semidura, las frutas enlatadas en almbar, el pan, las ciruelas con un alto contenido en agua. La concentracin mxima de sal o sacarosa en la fase acuosa de estos alimentos est entre el 10% y 50%, respectivamente. Todos los microorganismos conocidos causantes de toxiinfecciones alimentarias pueden multiplicarse al menos a los valores ms altos de aw comprendidos en este intervalo. Tienen aw entre 0,93 y 0,85 los embutidos fermentados y madurados, el queso Cheddar salado, el jamn tipo serrano, la leche condensada azucarada. A este grupo de alimentos pertenecen aquellos con un contenido en sal superior al 17% y los que contienen concentraciones de sacarosa a saturacin en la fase acuosa. Entre las bacterias conocidas, slo una (Staphylococcus aureus) es capaz de producir intoxicacin alimentaria a estos niveles de aw pero pueden crecer muchos mohos productores de micotoxinas. Tienen aw entre 0,85 y 0,60 los alimentos de humedad intermedia, las frutas secas, la harina, los cereales, las confituras y mermeladas, las melazas, el pescado muy salado, los extractos de carne, algunos quesos muy madurados, las nueces. Las bacterias patgenas no crecen en este intervalo de aw. La alteracin, cuando ocurre, se debe a microorganismos xerfilos, osmfilos o halfilos. Tiene aw inferior a 0,60 los dulces, el chocolate, la miel, los fideos, las galletas, las papas fritas, las verduras secas, huevos y leche en polvo. Los microorganismos no se multiplican por debajo de una aw de 0,60 pero pueden permanecer vivos durante largos perodos de tiempo. La actividad acuosa y la conservacin de los alimentos Muchos alimentos logran estabilidad, desde el punto de vista microbiolgico, eliminando el agua que contienen (deshidratacin) o mediante el agregado de solutos hasta alcanzar un valor bajo de aw. En la deshidratacin, se le aplica energa al alimento en forma de calor, aumentando la presin de vapor del agua presente hasta un nivel tal que el agua de la superficie de los alimentos se evapora. La evaporacin conlleva un descenso de la temperatura de la superficie y se necesita un aporte adicional de calor para mantener la presin de vapor a un nivel adecuado. A medida que se va evaporando el agua superficial se va reemplazando por otra procedente del interior que migra merced a procesos de difusin, conveccin, flujo capilar y retraccin. La evaporacin de la humedad de los alimentos se debe a la diferencia entre la presin de vapor de la atmsfera y la presin superficial del alimento. A medida que avanza la deshidratacin, desciende la velocidad de eliminacin del agua porque la migracin de agua a la superficie tiene un lmite; las capas superficiales se hacen menos permeables y el aumento de la concentracin de solutos reduce la presin de vapor de la superficie. Por ello, para alcanzar el grado de desecacin deseado se hace necesario reducir la presin de vapor ambiental o aumentar la temperatura del alimento. Se puede realizar deshidratacin de muchas maneras diferentes, por secado al sol, en secaderos con aire caliente con bandejas estticas, con bandejas en tneles, en cintas transportadoras en tneles, en secaderos spray, en lechos fluidizados, por liofilizacin. La sal y el azcar son los solutos que habitualmente se aaden a los alimentos para reducir la aw. La preparacin de jaleas, mermeladas y productos va acompaada de una extraccin parcial del agua (concentracin) mediante calentamiento. La adicin de sal se utiliza en forma predominante en la carne, pescado y algunas verduras. La sal se aade directamente en seco o mediante salmuera dependiendo siempre de la naturaleza del producto.

INFLUENCIA DE LA REOLOGIA EN EL CRECIMIENTO MICROBIANO

Caractersticas reolgicas: La viscosidad constituye un importante aspecto de la reologa, ciencia de la deformacin y el flujo. Los parmetros reolgicos del medio (generalmente acuoso) en reactores biolgicos, influencian la magnitud del mezclado entre fases y consecuentemente las velocidades de transferencia de masa y calor. Los microorganismos, sustratos, productos y aire presentes en todas las fermentaciones hacen que un caldo de cultivo exhiba una reologa compleja, desvindose en distintas formas del comportamiento newtoniano de acuerdo a sus caractersticas especficas.

Fluidos Newtonianos. Los fluidos se denominan newtonianos cuando su flujo obedece a la ley de Newton. La ley de Newton de la viscosidad establece que la fuerza de viscosidad F se opone al movimiento en la interface de dos capas de lquido que fluyen con un gradiente de velocidad (d/dx)

La viscosidad es el cociente entre la fuerza y la velocidad de cizalla, y representando una frente a otra se obtiene una lnea recta para un fluido newtoniano que tiene una viscosidad constante igual a la pendiente de la recta. Mientras en el proceso de fermentacin newtoniano la viscosidad no vara con la fuerza de cizalla o con la velocidad de agitacin, en un fluido no newtoniano puede variar con ambas.

Fluidos no Newtonianos. La mayora de las suspensiones y dispersiones, como las disoluciones homogneas de polmeros de largas cadenas y otras molculas grandes, son fluidos no newtonianos. Muchos de los procesos de fermentacin utilizan materiales que presentan un comportamiento no newtoniano, como el almidn, polisacridos extracelulares y caldos de cultivos que contienen suspensiones de clulas.

Propiedades reolgicas de caldos de fermentacin. Existen en la bibliografa numerosos datos reolgicos para una gran variedad de caldos de fermentacin. Esta informacin se ha obtenido utilizando distintos viscosmetros y tcnicas de medicin. Sin embargo, en muchos casos se han ignorado problemas de operacin como la separacin de las partculas y la centrifugacin. Charles M.1, clasifica los caldos de fermentacin en tres categoras: cultivos miceliales, cultivos con polisacridos extracelulares, y cultivos de bacterias y levaduras. La mayora de las suspensiones de micelios se han modelado como fluidos pseudoplsticos o, si existe tensin, como plsticos Bingham o Casson, mientras que la reologa de caldos diluidos y cultivos de levaduras y bacterias sin formacin de cadenas es generalmente newtoniano.

BIBLIOGRAFIA MODELAMIENTO DE LA TRANSFERENCIA DE OXGENO PARA EL CULTIVO DE MICROORGANISMOS EN UN BIORREACTOR DE COLUMNA DE BURBUJEO [MONTOYA, BERMUDEZ,2003] http://www.fca.uner.edu.ar/academicas/deptos/catedras/microbiologia/unidad_4_ecologia_microbiana.pdf http://www.unavarra.es/genmic/micind-2-7.htm http://www.unavarra.es/genmic/curso%20microbiologia%20general/09-factores%20de%20supervivencia.htm

UNIVERSIDAD DE CARTAGENAFACULTAD DE INGENIERIASINGENIERIA DE ALIMENTOS

COMO AFECTA LA AW Y LA REOLOGIA EN EL DESARROLLO DE UN MICROORGANISMO EN EL CRECIMIENTO MICROBIANOBIOTECNOLOGIADoc. ARNULFO TARON DUNOYER.

Aspirantes al ttulo de ingenieros de alimentos:

Shirley Jimnez HidalgoLuis Alejandro Barrios RamosDolis Amparo Guzmn Miranda

Cartagena D, T y C. septiembre 01 de 2013.