ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción

Ingeniería en Alimentos

REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES

Factores intrínsecos y extrínsecos que afectan al crecimiento microbiano

Profesora: Msc. Ma. Fernanda Morales R.

Integrantes: Andrea Morales

Lisbeth Chávez

Nathaly Herrera

Cynthia Zambrano

Luis Murillo

Fecha: Martes 13 de julio del 2010

INTRODUCCIÓN

La Microbiología ha tenido uno de los roles más importantes en la ciencia, el estudio de los microorganismos desde un punto de vista molecular, revisando cada una de las reacciones químicas de los procesos metabólicos por los que atraviesan. Su morfología, composición bioquímica, propiedades antigénicas, características genéticas y culturales han dado la pauta para el reconocimiento de cada uno de estos seres.

Una de las características culturales más importantes para el crecimiento microbiano es la de los requerimientos nutricionales, ya que sin importar las condiciones externas del medio en que el microorganismo se desarrolle, este siempre va a requerir de un recurso de nutrientes, que será utilizado posteriormente en los procesos de obtención de energía así como también en formar parte de los constituyentes elementales de la célula.

Debido a que en el mundo encontramos una gran variedad de especies microbianas y por lo tanto diversos tipos de nutrición es que se las ha clasificado en los distintos grupos que veremos a lo largo de este trabajo investigativo, el cual se centrará también en las características metabólicas, ya que de hecho, de las mismas dependerá la variedad de condiciones nutricionales ideales para el óptimo desarrollo microbiano.

Como aspirantes a futuros Ingenieros de la Industria Alimentaria, sabemos de la importancia que tiene el conocimiento de los diferentes medios en los cuales se desarrollan los microorganismos, para evitar así su proliferación en los alimentos. Es por eso que el objetivo principal del presente documento es disipar cualquier duda respecto a este tema, y colaborar con la difusión del conocimiento sobre esta importante area de las ciencias.

IMPORTANCIA DE ESTE FACTOR EN EL CRECIMIENTO MICROBIANO

Como sabemos, la materia viva está compuesta por:

- C, O, N, H, P, S, K, Na, Ca, Mg (98%)

- Cl, Fe, Mn, Co, Cu, Mo y Zn, los cuales forman parte de los compuestos básicos de una célula, pero que no se encuentran en la misma sino que vienen del exterior, es por esto que todos estos elementos deben estar disponibles para que el microorganismo pueda utilizarlos para su nutrición.

La nutrición es el proceso por el cual los seres vivos toman, del medio donde habitan, los nutrientes que necesitan para crecer. Dichos nutrientes se requieren para dos fines: energéticos (reacciones de mantenimiento) y biosintéticos (reacciones plásticas o anabolismo).

Los nutrientes, a partir de los cuales los microorganismos sintetizan sus principales biomoléculas y obtienen su energía, están disueltos en agua, razón por la cual el crecimiento celular depende de la disponibilidad de agua.

Los medios de cultivo utilizados para el crecimiento de microorganismos deben de poseer, por tanto, todos los nutrientes necesarios a las concentraciones adecuadas para permitir el crecimiento del microorganismo en cuestión.

Los requerimientos de los distintos microorganismos en cuanto a la composición del medio de cultivo y a las demás condiciones ambientales son muy variables. Por ello se han descrito muchas recetas de la composición de los medios de cultivo para los microorganismos. Básicamente la disolución ha de cumplir la siguiente condición mínima: Han de estar presentes todos los elementos implicados en la constitución del material celular, y en forma de compuestos utilizables.

El conocimiento de la nutrición microbiana permite el cultivo de los microorganismos en el laboratorio. En general, todos los microorganismos tienen requerimientos de nutrientes semejantes, aunque la forma en que cada uno de ellos es captado y su cantidad relativa pueden variar mucho entre los diferentes géneros.

PRINCIPIOS NUTRICIONALES PARA EL ÓPTIMO CRECIMIENTO MICROBIANO

La nutrición microbiana consiste en suministrar a las células los ingredientes químicos que necesitan para hacer monómeros, ya que recordemos las células están compuestas fundamentalmente por agua y macromoléculas, y estas están estructuradas o formadas precisamente por los monómeros antes mencionados. Y los nutrientes como vimos anteriormente son esos famosos compuestos químicos que la célula necesita para vivir.

Las distintas especies bacterianas tienen diferentes requerimientos nutricionales (a veces específicos) y condiciones fisicoquímicas que les permiten permanecer viables.

Los nutrientes requeridos en grandes cantidades son denominados macronutrientes mientras que los micronutrientes son necesarios en cantidades trazas.

Entre los primeros se encuentran C, H, O, N (los más abundantes), P, S, K, Ca, Fe y Na, y entre los segundos podemos citar Cr, Co, Cu, Mn, Mo, Ni, Se, W, V, Zn. Algunos organismos, además de los minerales, necesitan muy pequeñas cantidades de nutrientes de naturaleza orgánica llamados factores de crecimiento. Éstos son vitaminas, aminoácidos, purinas y pirimidinas. Los organismos que tienen tales requerimientos se denominan auxótrofos para diferenciarse de los protótrofos que son independientes de tales factores.

MACRONUTRIENTES

Vamos a comenzar hablando de los macronutrientes, como dijimos anteriormente estos son los que la célula requiere o consume en mayor cantidad, precisamente por ser suministro de la mayor parte de energía metabólica, o de funcionamiento en la célula, a continuación mostraremos una tabla en la que se detalla los principales macronutrientes, su fuente natural en el ambiente, y su forma suministrada en los medios de cultivo:

Ahora analizaremos cada uno de ellos, con sus respectivas funciones en el medio de cultivo y por lo tanto en el requerimiento nutricional de los microorganismos.

Carbono: Muchas procariotas necesitan algún tipo de compuesto orgánico como fuente de carbono. Los estudios nutricionales han demostrado que las bacterias pueden asimilar varios compuestos orgánicos carbonados y usarlos para hacer nuevo material celular. Los aminoácidos, los ácidos grasos, los ácidos orgánicos, los azucares, las bases nitrogenadas, los compuestos aromáticos y sin fin de compuestos orgánicos de otro tipo pueden ser por una u otra bacteria. Algunos procariotas son autótrofos, capaces de construir todas sus estructuras orgánicas a partir del dióxido de carbono con la energía obtenida de la luz o de compuestos inorgánicos. En peso seco, una célula típica contiene un 50% de carbono; el carbono es el principal elemento de todas las clases de macromoléculas. La más utilizada es la glucosa (una pentosa).

Nitrógeno: Después del carbono, el siguiente elemento más abundante en la célula es el nitrógeno. En una bacteria típica alrededor del 12 % de su peso es nitrógeno, este elemento es importante en las proteínas, en los ácidos nucleicos y en otros constituyentes celulares. En la naturaleza el nitrógeno se encuentra en forma inorgánica y orgánica. Sin embargo la mayor parte del nitrógeno natural disponible esta en

forma inorgánica, como el amoniaco (NH3), nitratos (NO3) o N2. La mayoría de las bacterias son capaces de utilizar amoniaco como única fuente de nitrógeno, y muchas pueden utilizar nitratos. El nitrógeno gaseoso puede ser usado como fuente de nitrógeno en algunas bacterias, las bacterias fijadoras de nitrógeno.

Fósforo: El fósforo se presenta en la naturaleza en forma de fosfatos orgánicos e inorgánicos, y la célula lo necesita fundamentalmente para la síntesis de ácidos nucleicos y fosfolípidos. Recordemos que el ADN se encuentra formado por nucleótidos, los cuales se constituyen por una base nitrogenada, una pentosa (azúcar), y por supuesto un grupo fosfato que sirve como unión o enlace entre los nucleótidos, es por esto que la presencia de fosforo es muy importante.

Azufre: El azufre se lo necesita o se lo requiere porque es un componente estructural de los aminoácidos cisteína y metionina, y aparte de eso porque se presenta en ciertas vitaminas, como la tiamina, la biotina, y el acido lipoíco, así como en la coenzima A. Es muy importante señalar también que en las proteínas se depende de los enlaces de azufre para que esta se mantenga compacta y no se desnaturalice, razón por la cual este elemento es indispensable en muchos de los microorganismos. El azufre sufre una serie de transformaciones químicas en la naturaleza, muchas de las cuales son llevadas a cabos exclusivamente por microorganismos, y es utilizado por ellos en varias formas químicas. La mayoría del azufre celular procede de fuentes inorgánicas, ya sean sulfatos (SO4) 2-, sulfuros (HS)-.

Potasio: El potasio es necesario en todos los organismos. Una gran diversidad de enzimas lo requiere específicamente, como por ejemplo algunas implicadas en la síntesis de proteínas.

Magnesio: El magnesio funciona como estabilizador de los ribosomas, las membranas celulares, y los ácidos nucleicos, y también se necesita para la actividad de varias enzimas.

Calcio: El calcio, que no es un nutriente esencial para el crecimiento de muchos microorganismos, ayuda a estabilizar la pared celular bacteriana y tiene una función importante en la termorresistencia en las endoesporas.

Sodio: El sodio es requerido, por algunos microorganismos, aunque no todos, y su necesidad suele ser un reflejo del hábitat del microorganismo. Por ejemplo el agua de mar tiene un elevado contenido de sodio y los microorganismos marinos normalmente lo requieren para su crecimiento; en cambio, otras especies muy relacionadas, pero de agua dulce, crecen bien en ausencia de este elemento.

Hierro: El hierro es fundamental en la respiración celular y es también un elemento clave para los citocromos y para las proteínas que contienen hierro y azufre implicados en el transporte de electrones. En condiciones anaeróbicas, el hierro se encuentra por lo general en estado de oxidación +2 y por lo tanto es soluble. Sin embargo, bajo condiciones aeróbicas suele estar en el estado de oxidación +3 y formar varios minerales no solubles. Para obtener el hierro de tales minerales, las células producen agentes quelantes de hierro llamados sideróforos, que solubilizan el hierro y lo transportan dentro de la célula. Un grupo importante de sideróforos derivan del ácido hidroxámico y quelan el hierro férrico +3 fuertemente. Una vez que el complejo hierro – hidroxamato pasa a la célula, el hierro se libera y el hidroxamato puede salir y ser reutilizado de nuevo para el transporte de hierro. Las bacterias como el Escherichia coli y Salmonella Typhimutium producen sideróforos fenólicos, estructuralmente complejos, llamados entereobactinas. Estos sideróforos derivan del compuesto aromático catecol y tienen una elevada afinidad de unión de hierro. Sin tales agentes quelantes de hierro muchas bacterias patógenas serían incapaces de iniciar la infección debido a la limitación de hierro.

En las aguas marinas, el hierro prácticamente es indetectable (las aguas oceánicas superficiales típicamente solo unos cuantos picogramos de hierro por milímetro y se han encontrado bacterias marinas que producen sideróforos estructuralmente complejos capaces de secuestrar el hierro presente en concentraciones tan bajas. Estos sideróforos poseen una región peptídica que compleja el fe +3 y una región lipídica que se asocia con la membrana celular. Compuestos como la aquachelina, unen el hierro, se agregan en micelas, y luego transportan el hierro a la célula

Algunos procariotas pueden crecer en ausencia total de hierro. Por ejemplo las bacterias Lactobacillus plantarum y Borrelia burgdorferii no contienen hierro. El Mn 2+ sustituye en estas bacterias al hierro como componente metálico de las enzimas que normalmente contienen Fe+2.

MICRONUTRIENTES

Los micronutrientes como dijimos anteriormente son los que la célula consume en menos cantidades, pero eso no quiere decir que son menos importantes que los macronutrientes, para nada, en realidad son igual de importantes que los que se consumen en grandes cantidades. Los micronutrientes son metales, muchos de los cuales tienen una función estructural en varias enzimas. La tabla presentada a continuación resume los principales micronutrientes en los sistemas vivos y enzimas que los contienen.

Debido a que la necesidad de estos elementos trazas es muy pequeña en cuanto a su concentración, con frecuencia no es necesario añadirlos a los medios de cultivo para cultivar microorganismos en el laboratorio. No obstante, si un medio de cultivo contiene compuestos muy puros, disueltos en agua destilada de elevada pureza, puede darse una deficiencia en algún elemento traza. En tales casos, se añade al medio una pequeña cantidad de una solución de metales traza a fin de suministrar los metales necesarios.

Es importante recalcar que el hierro como vemos se encuentra dentro de los micronutrientes pero generalmente se lo considera como uno macro, ya que en realidad dentro de todos los metales señalados, es el que más es utilizado por ciertas células, se la llegó a considerar micro por su naturaleza metálica, pero por su importancia y requerimiento elevado en las células se lo considera como un macronutriente.

CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS POR LOS RECURSOS DE NUTRIENTES QUE PUEDEN OBTENER Y

UTILIZAR PARA ESTRUCTURAS CELULARES

Los requerimientos de los distintos microorganismos en cuanto a la composición del medio de cultivo y a las demás condiciones ambientales son muy variables. Por ello se han descrito muchas fórmulas de la composición de los medios de cultivo para los microorganismos.

Los requerimientos nutricionales están determinados por el tipo de metabolismo celular, ya sea autotrófico, que corresponde a los microorganismos que obtienen el carbono del CO2 como las algas y algunas bacterias, y los heterotróficos que necesitan compuestos orgánicos como fuente de carbono.

Desde el punto de vista de la composición química de las células se distingue entre los macroelementos: (C, 0, H, N, S, P, K, Na, Ca, Mg, Fe) contenidos en todos los microorganismos, y los microelementos u oligoelementos: manganeso, molibdeno, zinc, cobre, níquel, vanadio, boro, cloro, entre otros, que no los necesitan todos los organismos. Los metales pesados son principalmente componentes de los enzimas que transforman elementos o compuestos inorgánicos (02, N2, H2, So, S02, SO,2-, NO], N02-, NH4+).

Fuentes de carbono y energía.- Los organismos que obtienen su energía a través de la fotosíntesis o de la oxidación de compuestos inorgánicos, son capaces de utilizar el anhídrido carbónico como fuente principal de carbono. Estos organismos autótrofos para el C reducen el CO2. Todos los demás organismos obtienen el carbono celular principalmente a partir de nutrientes orgánicos. Estos últimos se utilizan generalmente tanto como fuente de carbono como de energía; en parte se asimilan en forma de sustancia celular, y en parte se oxidan para la obtenci6n de energía. Las sustancias naturales más abundantes en cantidad sobre la Tierra son los polisacáridos celulosa y almidón. Muchos microorganismos son capaces de utilizar los componentes manométricos de estos polímeros, la glucosa. No obstante, todas las demás sustancias orgánicas de origen natural también pueden ser utilizadas y degradadas por los microorganismos.

Suplementos.- Muchos organismos requieren para su nutrición además de minerales, fuentes de carbono y energía, algunos suplementos o factores de crecimiento. Se trata de algunas sustancias que pertenecen a los componentes básicos de la célula y que no pueden sintetizarse a partir de componentes más sencillos. Los factores de crecimiento pertenecen a tres

grupos de sustancias, los aminoácidos, las purinas y pirimidinas, así como las vitaminas. Los aminoácidos, purinas y pirimidinas son componentes de las proteínas y los ácidos nucleídos, y la célula los requiere en las cantidades correspondientes; las vitaminas, por el contrario, son componentes de coenzimas o grupos prostéticos, y tienen por ello funciones enzimáticas o catalíticas, y se utilizan únicamente en cantidades muy pequeñas. Los organismos que presentan requerimientos nutritivos se denominan también autótrofos, en oposición a los prototrofos, organismos que no requieren estos suplementos.

Azufre y nitrógeno.- Ambos elementos se encuentran en la célula predominantemente en forma reducida, como grupos sulfhídrico o amino. La mayoría de los microorganismos son capaces de captar estos elementos en su forma oxidada y de reducirlos hasta sulfato y nitrato. La fuente de nitrógeno más común entre los microorganismos es la sal de amonio. Algunos procariotas son capaces de reducir el nitrógeno molecular (N2). Otros microorganismos necesitan aminoácidos, esto es, fuentes de nitrógeno que contengan ya en forma orgánica. Tampoco todos los microorganismos son capaces de reducir el sulfato; algunos requieren sulfuro de hidrogeno y otros cisteína como fuente de S.

Oxígeno.- EI oxígeno se encuentra a disposición de las células en forma de agua. Este contenido además en el anhídrido carbónico y en muchos compuestos orgánicos. Muchos microorganismos necesitan además oxígeno molecular (02). La función principal del O2 es la de aceptor final de electrones en la respiración aeróbica; el O2 se reduce entonces a agua. Las moléculas de oxigeno procedentes del O2 únicamente se incorporan al material celular cuando la fuente de carbono es el metano o hidrocarburos de cadena larga o aromáticos.

Con respecto a la relación con el oxigeno se diferencian como mínimo tres grupos de organismos: los organismos aerobios obligados o estrictos, solo pueden obtener energía mediante la respiración y necesitan O2

• Los organismos anaerobios obligados solo pueden crecer en un medio sin O2; el O2 es toxico para ellos. Los microorganismos anaeróbicos facultativos crecen tanto en presencia como en ausencia de O2

• Entre ellos hay que distinguir dos tipos: las bacterias del acido láctico, aunque pueden crecer en presencia del oxígeno atmosférico, no pueden utilizarlo, sino que obtienen la energía exclusivamente por fermentación; son aerotolerantes. Otras bacterias anaeróbicas facultativas (Enterobacteriaceas) y muchas levaduras pueden obtener energía tanto por respiración (en presencia de O2) como por fermentación (en ausencia de O2). Muchas, sino la mayoría, de las bacterias aeróbicas son microaerofilas, esto es, necesitan

O2 para la obtención de energía, pero no toleran la presión parcial del aire (0,20 bar), sino tan solo entre 0,01 a 0,03 bar.

Los conceptos de heterótrofo y autótrofo pensados para denominar los tipos de nutrición de animales y plantas, no son suficientes para caracterizar la variedad de tipos nutricionales que se dan en los microorganismos.

Para la descripción breve de los tipos nutricionales se han implantado nuevos términos, que hacen referencia a la fuente de energía, al dador de electrones y a la fuente de carbono.

Fuentes de energía.- Con respecto al mecanismo para la transformación de energía para obtener la forma energética bioquímicamente útil (ATP)se distinguen principalmente dos tipos metabólicos: los organismos fotógrafos y los quimiotrofos.

Fototrófos.- Son organismos que pueden utilizar como fuente energética para el crecimiento la radiación electromagnética (luz) (fotosintéticos). Los organismos fotógrafos abarcan a los pertenecientes a dos grandes grupos: las bacterias fotógrafas anaeróbicas, que no desprenden oxígeno, y los fotógrafos aeróbicos, cianobacterias, algas y plantas verdes, que producen oxígeno en la luz.

Quimiotrofo.- Indica la ganancia de energía por reacciones de oxidación-reducción en las que los nutrientes actúan como sustrato, independientemente de que la forma de energía bioquímica se obtenga por oxidación (respiración) o por fermentación.

Dadores de electrones.- Se refiere a los compuestos donadores de electrones que se utilizarán en la biosíntesis (por ejemplo, en forma de NADH o NADPH). Los organismos que utilizan sustancias orgánicas como dadores de electrones se denominan:

Organótrofos.- cuando utiliza compuestos orgánicos como fuente de electrones.

Litótrofo.- a diferencia de los organótrofos, estos utiliza compuestos inorgánicos (H2, NH3, H2S, S, CO, Fe2+ entre otros).

Los organismos son organótrofo a menudo también heterótrofos, y así usan compuestos orgánicos como fuente de electrones y de carbono al mismo tiempo. De forma similar, los organismos litótrofos son a menudo también autótrofos, con fuentes inorgánicas de electrones y dióxido de carbono como fuente inorgánica del carbono.

Fuente de Carbono.- El constituyente principal de los microorganismos es el carbono, de ahí no pueden prescindir de la fuente de este elemento; la más empleada constituyen los carbohidratos, que además son fuentes de oxígeno, hidrógeno y energía metabólica.

Los microorganismos se pueden clasificar, con base en su capacidad de asimilación de la fuente de carbono, en:

Autótrofos: Organismos capaces de biosintetizar todo material celular donde el CO2 es su única fuente de carbono.

Heterótrofos: su fuente de carbono es materia orgánica. Fotoutótrofos: que utilizan, la luz como fuente de energía y el CO,

como principal fuente de carbono. Esta categoría incluye la mayoría de los organismos fotosintéticos: vegetales, algas y muchas bacterias fotosintéticas.

Fotoheterótrofos: que utilizan la luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuente principal de carbono. Esta categoría incluye algunas de las bacterias rojas y verdes.

Quimioautótrofos: que utilizan una fuente de energía química y CO, como fuente principal de carbono. Obtienen energía por oxidación de compuestos inorgánicos reducidos, tales como NH4+, NO2-, H2, formas reducidas del azufre (H2,S, S, S2,O23-) o el ion ferroso. De todos los seres vivos, solamente pertenecen a esta categoría nutritiva algunos grupos de bacterias. Como resultado de su capacidad distintiva de crecer en medios estrictamente minerales, en ausencia de luz, estos organismos son denominados a veces quimiolitotrofos.

Quimioheterótrofos: que usan una fuente química de energía y un substrato orgánico como principal fuente de carbono. La precisa distinción entre fuente de energía y fuente de carbono, característica de las tres ca-tegorías precedentes, pierde su claridad en el contexto de la quimioheterotrofía. En donde tanto el carbono como la energía pueden obtenerse usualmente del metabolismo de un único compuesto orgánico. Los quimioheterotrofos incluyen todos los animales metazoos, los proto-zoos, los hongos y la gran mayoría de las bacterias.

CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS DE ACUERDO CON LA FUENTE DE ENERGÍA Y DE CARBONO QUE UTILIZAN

GRUPO FUENTE DE ENERGÍA

FUENTE DE CARBONO

EJEMPLO

Fotolitotrofos Luz CO2 Bacterias fotosintéticas

Fotoorganotrofos Luz Compuestos orgánicos

Purpurobacterias

Quimiolitotrofos Oxidación de

compuestos

inorgánicos

CO2 Algunas bacterias Ej.Thiobacillus

Quimioorganotrofos

Oxidación de

compuestos

orgánicos

Compuestos orgánicos

La mayoría de las

bacterias

En la práctica, estos términos se combinan casi libremente. Los ejemplos típicos son como sigue:

Los quimiolitoautótrofos obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos y el carbono de la fijación del dióxido de carbono. Ejemplos: bacterias nitrificantes, bacterias oxidantes del azufre, bacterias oxidantes del hierro, bacterias oxidantes del hidrógeno.

Los fotolitoautótrofos obtienen energía de la luz y el carbono de la fijación del dióxido de carbono, usando compuestos inorgánicos como equivalentes reductores. Ejemplos: Cyanobacteria (agua como equivalente reductor), Chlorobiaceae, Chromaticaceae (sulfuro de hidrógeno), Chloroflexus (hidrógeno).

Los quimiolitoheterótrofos obtienen energía de la oxidación de compuestos inorgánicos, pero no pueden fijar el dióxido de carbono. Ejemplos: algunos Nitrobacter spp., Wolinella (con hidrógeno como equivalente reductor), algunas bacterias oxidantes del hidrógeno.

Los quimioorganoheterótrofos obtienen energía, carbono y equivalentes reductores para las reacciones biosintéticas de compuestos orgánicos. Ejemplos: la mayoría de las bacterias, como Escherichia coli, Bacillus spp., Actinobacteria.

Los fotoorganotrofos obtienen energía de la luz y el carbono y los equivalentes reductores para las reacciones biosintéticas de compuestos orgánicos. Algunas especies son terminantemente heterótrofas, pero muchas otras pueden también fijar el dióxido de carbono y son mixótrofas. Ejemplos: Rhodobacter, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Rhodomicrobium, Rhodocyclus, Heliobacterium, Chloroflexus (alterna con fotolitoautotrofía con hidrógeno).

Ejemplos.- Todas las combinaciones pueden existir en la naturaleza. Por ejemplo:

1. La mayoría de las cianobacterias son fotoautótrofas puesto que utilizan luz como donante de electrones y CO2 como fuente de carbono. 2. Los hongos son quimiorganotrofos puesto que utilizan carbono orgánico tanto como donador de electrones como fuente de carbono. 3. Los Eukarya son generalmente fáciles de categorizar. Todos los animales son heterótrofos al igual que los hongos. 4. Las plantas son fotoautótrofas. 5. Dentro de los heterótrofos, podemos encontrar muchos tipos de nutrición muy distintos, desde bacterias metilotrofas que sólo usan metano o metanol como fuente de carbono y energía, hasta los muy versátiles Pseudomonas, que pueden recurrir a degradar más de 100 tipos de fuentes de C, incluyendo sustancias tan "exóticas" como hidrocarburos alifáticos y cíclicos6. Algunos microorganismos eucariontes, sin embargo, no se limitan a un solo modo nutricional. Por ejemplo:

-Algunas algas viven fotoautotróficamente cuando hay luz, pero cambian a quimiorganotrofía en la oscuridad. Incluso las plantas más evolucionadas han conservado su capacidad de utilizar por la noche heterotróficamente el almidón que ha sido sintetizado fototróficamente durante el día.

7. Por el contrario, los procariontes muestran una gran diversidad de categorías nutricionales. Por ejemplo:

-Las bacterias púrpuras del azufre y las cianobacterias son generalmente fotoautótrofas mientras que las bacterias púrpuras no del azufre son fotoorganotrofas.

Algunas bacterias se limitan a solamente un modo nutricional, mientras que otras son facultativas y cambian de uno a otro, dependiendo de las fuentes de alimento disponibles.

¿DE QUÉ DEPENDE LA VARIEDAD DE CONDICIONES NUTRICIONALES PARA QUE DIFERENTES MICROORGANISMOS CREZCAN CON DIFERENTES REQUERIMIENTOS DE NUTRIENTES?

La amplia variedad de condiciones nutricionales depende de las características metabólicas del microorganismo, es decir, la manera por la cual los microorganismos llevan a cabo sus procesos químicos biológicos para que el crecimiento y reproducción de su especie se lleve a cabo positivamente.

Todos los seres vivos llevan a cabo el procesamiento de los nutrientes que los mantienen vivos. A este conjunto de procesos, se le conoce como metabolismo y consiste de un gran número de reacciones químicas destinadas a transformar las moléculas nutritivas en elementos que posteriormente serán utilizados para la síntesis de los componentes estructurales; como pueden ser las proteínas. Otra parte importante del metabolismo es la de transformar y conservar la energía que está contenida en una reacción química en algún proceso que requiera de energía, como puede ser el trabajo o el movimiento.

Sabemos que el funcionamiento del metabolismo es esencial en la vida de toda célula, eucariótica y procariótica, así que a continuación damos una base de lo que es y cómo funciona:

Tanto en crecimiento como en reposo, las células dependen de la constante aportación de energía. La célula viva constituye un estado altamente ordenado de la materia. No solo se requiere energía para conseguir este orden sino también para mantenerlo. La energía necesaria para mantener este estado vivo, así como para sintetizar los componentes celulares, la obtiene el organismo con el metabolismo, es decir con la transformación controlada en el interior de la célula de los distintos compuestos. Las fuentes de energía están constituidas por las sustancias nutritivas que se toman del medio. Estas sustancias son transformadas en el interior de la célula mediante una serie de reacciones enzimáticas consecutivas que forman parte de vías metabólicas específicas. Las vías metabólicas cumplen dos funciones esenciales: proporcionan los sillares para la formación de los componentes celulares y proporcionan la energía necesaria para las nuevas síntesis, así como para otros procesos que requieran energía.

Las transformaciones de la materia que se efectúan en el interior de la célula (metabolismo) y que dan lugar a la síntesis de material celular a partir de sustancias nutritivas sencillas, como por ejemplo la glucosa, los ácidos grasos de cadena larga o también los compuestos aromáticos, pueden

separarse fácilmente en tres capítulos principales. En primer lugar se hidrolizan las sustancias nutritivas en compuestos más sencillos (degradación=catabolismo) y a continuación son transformadas mediante las reacciones del metabolismo intermediario o anfibolismo en una serie de ácidos orgánicos y de esteres fosfóricos. Estas dos vías metabólicas presentan múltiples imbricaciones. La multiplicidad de compuestos de bajo peso molecular constituye los sustratos a partir de los cuales son sintetizados los componentes básicos de la célula. Se denominan componentes básicos los aminoácidos, las bases púricas y pirmidínicas, los fosfatos de los azúcares, los ácidos orgánicos y otros metabolitos. Son los productos finales de largas cadenas biosintéticas. A partir de estos compuestos básicos se sintetizan las macromoléculas poliméricas (ácidos nucléicos, proteinas, sustancias de reserva, componentes de la pared celular, etc.) que constituyen la célula. Estas dos partes de la biosíntesis de los compuestos celulares, la síntesis de los compuestos elementales y la síntesis de polímeros, se agrupan con el término metabolismo sintético o anabolismo.

Pero, para que se de dicho proceso metabólico se necesita conseguir el sustrato que es el que le dará energía para sintetizar sus componentes celulares. Ese sustrato, que es nutritivo, se lo proporciona el medio.

El medio de cultivo es el medio en donde se va a desarrollar el microorganismo, absorbiendo nutrientes para la formación de su material celular y la obtención de energía para llevar a cabo sus procesos metabólicos. El medio de cultivo está enriquecido de nutrientes que satisfacen necesidades desde los organismos más exigentes hasta los que no lo son. El medio de cultivo debe regirse a factores extrínsecos para garantizar un buen desarrollo de los microorganismos. Existen en la actualidad más de 10000 medios. Los medios de cultivo se clasifican según ciertos parámetros, estos son:

Según su estado:

Sólidos : Son aquellos que contienen un agente solidificante entre sus componentes, normalmente agar. El agar es un polisacárido extraído de algas marinas que se anade a soluciones acuosas. El agar funde a 100⁰C, pero se mantiene líquido al enfriarse hasta 15⁰C de temperatura. Su proporción de agar es siempre por encima del 15%. Cuando se necesitan medios sólidos sin componentes orgánicos se utiliza el gel de sílice como solidificante. Se los prepara en placas de Petri. En este medio los nutrientes se agotan más fácilmente.

Semi-sólidos : Son medios intermedios entre los medios líquidos y sólidos, su proporción de agar suele ser inferior al 5% para que le proporcione una consistencia semisólida. Se los prepara en tubos slant

que tienen la superficie del medio inclinada. Este medio se lo usa por ejemplo como prueba de movilidad de las bacterias, sembrando por picadura o punción profunda.

Líquidos : También llamados caldos, no contienen agar y su composición, además de agua, suele contener al menos una fuente de carbono, sales minerales, estando en un medio acuoso y el gasto de nutrientes es menor que en otros medios.

1) Diferentes tipos de bacterias cultivadas en medios líquidos; 2) Inoculación de diferente tipos de Pseudomonas en medio semi-sólido; 3) Siembra de Alcaligenes faecalis en medio

sólido;

Según su composición:

Medios sintéticos o definidos : Contienen concentraciones conocidas de sustancias químicas puras, de naturaleza orgánica y/o inorgánica. La composición de un medio sintético depende del microorganismo que se quiera cultivar; así un medio definido para una bacteria con gran capacidad biosintética será más simple que el de otra bacteria con menor posibilidad de biosíntesis.

Medios complejos o indefinidos : Están constituidos por ingredientes de alta calidad nutricional, pero de composición química desconocida ya que son el producto resultante de infusiones y extractos de sustancias naturales complejas. Se usan digeridos crudos de caseína (proteína de leche), hígado, levadura, carne, soja, sangre, etc. Sin embargo, con ellos no se tiene un control nutricional preciso.

1) Ejemplo de una solución nutritiva sintética sencilla; 2) Solución vitamínica acreditada para bacterias del suelo y del agua

Según su finalidad:

Enriquecimiento : Son medios complejos o sintéticos con aditivos adicionales para favorecer el crecimiento de determinados microorganismos (particularmente heterótrofos exigentes). Se adicionan al medio de cultivo sustancias nutritivas tales como azúcares, sangre, suero, extractos de tejidos de animales y plantas.

Selectivos : Son aquellos que permiten por su diseño el crecimiento específico de un determinado microorganismo o grupo de microorganismos e impiden mayoritariamente el desarrollo de los demás. Estos medios son de gran utilidad para el aislamiento de microorganismos a partir de poblaciones microbianas mixtas. Se incorporan ciertas sustancias que otorgan la selectividad buscada al medio. Por ejemplo el agregado de lactosa, bilis, NaCl, azida, taurocolato, antibióticos, permite el desarrollo de un determinado grupo de microorganismos impidiendo el desarrollo de otros. Un ejemplo más específico: El CO2 como fuente de carbono es selectivo para autótrofos, adicionando cristal violeta se inhibe el crecimiento de los Gram (+), utilizando maltosa como única fuente de carbono sólo crecerán los que usen maltosa.

Diferenciales : Son aquellos destinados a facilitar la discriminación de microorganismos de una mezcla por sus propiedades diferenciales de crecimiento en dichos medios. Ejemplo: Agar sangre diferencia hemolíticos de no hemolíticos. Mc Conkey diferencia lactosa (+) de lactosa (-).

Selectivos-Diferenciales : Representan una combinación de los dos últimos medios. Permiten el desarrollo de una bacteria o un tipo bacteriano y al mismo tiempo producen una coloración característica del organismo en estudio.

Medios de mantenimiento : Suelen ser distintos a los de crecimiento óptimo ya que el crecimiento rápido y prolífico suele ocasionar muerte rápida de las células. Por ejemplo: al añadir glucosa y utilizarla los microorganismos producen ácidos, acidificándose el medio por lo que es preferible no utilizar glucosa en los medios de mantenimiento.

Ejemplo de un medio selectivo-diferencial (PEA agar) y cultivo de Staphylococcus aureus (SA) y Escherichia coli (EC)

Factores de Crecimiento

Son los compuestos, necesarios en pequeña cantidad, que debe suministrar el medio para que tenga lugar el crecimiento de algunos microorganismos. Los organismos que requieren un determinado factor de crecimiento son auxotróficos para ese compuesto. Por ejemplo, Lactobacillus arabinosus crece normalmente en presencia de 10-4 mg/mL de biotina, pero no en ausencia de esta vitamina.

Factores Orgánicos

Algunos microorganismos carecen de la capacidad de sintetizar ciertos aminoácidos, nucleótidos o vitaminas. Éstos son generalmente aportados por los extractos de levadura y carne, agregados al medio. A veces son adicionados en cantidades demasiado elevadas interfiriendo en el metabolismo microbiano, por ejemplo, las células de Corynebacterium glutamicum cultivadas en un medio rico en biotina no excretan ácido glutámico, mientras que si son suspendidas en un medio pobre en biotina ocurre lo inverso. Generalmente los microorganismos requieren L-aminoácidos, por ejemplo Leuconostoc mesenteroides, pero algunas bacterias necesitan D-alanina.

Factores Minerales

La ausencia total de metales comporta la muerte o enfermedades carenciales en todos los seres vivos, pero todo es cuestión de dosis pues, el efecto es beneficioso hasta un cierto nivel, traspasado el cual se observan trastornos fisiológicos. Algunos elementos esenciales, por ejemplo cinc, cobre, cobalto, hierro, molibdeno, son necesarios para la actividad de enzimas específicas. Además, algunos seres vivos tienen requerimientos minerales especiales, como el silicio que es parte esencial de la pared celular de las diatomeas.

EJEMPLOS DE MICROORGANISMOS QUE CRECEN A DIFERENTES CONDICIONES DE REQUERIMIENTOS DE

NUTRIENTES

Como ya dijimos, los requerimientos nutricionales de cada microorganismo dependen de las características metabólicas de los mismos. Es por esto que se los ha clasificado en los distintos grupos que ya hemos tratado en la sección anterior, ahora daremos a conocer algunos ejemplos de estos microorganismos dependiendo del grupo al cual pertenecen.

Ejemplos De Organismos Quimiolitoautotrofos

Organismos capaces de crecer en un medio estrictamente mineral y en ausencia de luz,obteniendo su ATP y poder reductor de la respiración de un substrato inorgánico y utilizando el CO2 como fuente de carbono. Este tipo de metabolismo es exclusivo de bacterias y arqueas.La mayoría de las bacterias se incluyen entre las Proteobacterias.

GRUPO SUBSTRATO PRODUCTO ACEPTOR DE e-

Nitrificantes NH4+ NO2 - O2

NO2 - NO3 - O2

Oxidadores de S H2S, S0, S2O32- SO42- O2 NO3 -

Bacterias de Fe Fe2+ Fe3+ O2

Bacterias del H2 H2 H2O O2 NO3 -

Carboxidobacterias

CO CO2 O2

BACTERIAS NITRIFICANTES

Llevan a cabo la oxidación biológica de amoniaco a nitrito y de éste a nitrato (nitrificación). Se subdividen en dos grupos metabólicos:

NH4 + a NO2- Nitrosomonas, Nitrosococcus NO2- a NO3- Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospira.

Hábitat. Son ubicuas: suelos, aguas dulces y marinas, sistemas de tratamiento de residuos sólidos (compostaje) y líquidos.Juegan un papel clave en la eliminación de N de aguas residuales. Problemas N en aguas: eutrofización, disminución del contenido en O2, producción de compuestos tóxicos y malolientes. Solución: sistemas de tratamiento que combinan la oxidación biológica de compuestos amoniacales (nitrificación) con una posterior desnitrificación (anóxica) hasta N2 molecular.

OXIDADORES DE AZUFRE

Denominadas bacterias incoloras del azufre. Dos grandes clases: Bacterias oxidadoras de H2S con formación de depósitos intracelulares

de S V.g : deslizantes filamentosos, tales como Beggiatoa y Thiothrix. Bacterias oxidadoras de H2S con formación de depósitos

extracelulares de S. Pequeño tamaño celular V.g.: Thiobacillus, Thiomicrospira

Hábitat. Sedimentos acuáticos que contienen H2S; suelos ácidos; manantiales ácidos y normalmente calientes; chimeneas negras; efluentes del drenaje de minas que contienen sulfuros metálicos, etc.

Importancia biotecnológica: biominería y biolixiviación (solubilización de metales mediada por

microorganismos) de minerales como cobre y uranio. tratamiento de carbones y efluentes industriales (líquidos y gaseosos)

para eliminar el H2S y otras formas de azufre, reducir la lluvia ácida, etc.

BACTERIAS DEL HIERRO

Algunas bacterias oxidan Fe(II) a Fe(III) y pueden formar precipitados pardo-rojizos de óxidos o hidróxidos del mismo. En la mayoría de los casos se trata de quimioheterótrofos que no obtienen energía del proceso (Vg. bacterias con vaina tipo Leptothrix).Sólo son verdaderos quimiolitoautótrofos T. ferrooxidans y Leptospirillum ferrooxidans (pH ácido, aguas de minas, biolixiviación) y Gallionella (aguas dulces, pH neutro).

¿POR QUÉ DETERMINADAS ESPECIES DE MICROORGANISMOS PREFIEREN UNOS ALIMENTOS A

OTROS PARA CRECER?

FACTOR DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA

La razón por la cual muchos microorganismos necesitan uno que otro alimento para vivir, es simplemente explicado por la actividad enzimática que actúa sobre el sustrato que en este caso se encuentra en los alimentos.

Las enzimas presentes en los microorganismos que degradan ciertos sustratos necesitan co-factores y coenzimas para poder realizar su función. Este sustrato debe ser completamente compatible con cierta enzima ya que estas son muy especificas, es por eso que solo ciertos alimentos constituyen un medio perfecto para ciertos microorganismos

Un medio de cultivo adecuado para la investigación microbiológica ha de contener, como mínimo, carbono, nitrógeno, azufre, fósforo y sales inorgánicas. En muchos casos serán necesarias ciertas vitaminas y otras sustancias inductoras del crecimiento. Siempre han de estar presentes las sustancias adecuadas para ejercer de donantes o captadores de electrones para las reacciones químicas que tengan lugar.

Todas estas sustancias se suministraban originalmente en forma de infusiones de carne, extractos de carne o extractos de levadura. Sin embargo, la preparación de estas sustancias para su aplicación a los medios de cultivo provocaba la pérdida de los factores nutritivos lábiles.

Actualmente, la forma más extendida de aportar estas sustancias a los medios es utilizar peptona que, además, representa una fuente fácilmente asequible de nitrógeno y carbón ya que la mayoría de los microorganismos, que no suelen utilizar directamente las proteínas naturales, tienen capacidad de atacar los aminoácidos y otros compuestos más simples de nitrógeno presentes en la peptona.

Ciertas bacterias tienen necesidades nutritivas específicas por lo que se añade a muchos medios, sustancias como suero, sangre, líquido ascítico, etc. Igualmente pueden ser necesarios ciertos carbohidratos y sales minerales como las de calcio, magnesio, manganeso, sodio o potasio y sustancias promotoras del crecimiento, generalmente de naturaleza vitamínica.

Muy a menudo se añaden al medio de cultivo ciertos colorantes, bien como indicadores de ciertas actividades metabólicas o bien por sus capacidades de ejercer de inhibidores selectivos de ciertos microorganismos.

A continuación presentamos algunos medios o sustratos existentes en los alimentos, que producen varios cambios en los mismos y que son específicos para determinadas enzimas presente en los microorganismos.

1.- Cambios en los compuestos orgánicos nitrogenados:

La mayoría del nitrógeno que contienen los alimentos se halla de forma de proteínas que deben ser hidrolizadas por las enzimas de los microorganismos, o del mismo alimento, a polipétidos, para que puedan ser utilizadas como fuente de nitrógeno por la mayoría de los organismos. Las proteinasas catalizan la hidrólisis de proteínas a pétidos, los cuales pueden dar un gusto amargo a los alimentos. Las peptidasas catalizan la hidrólisis de polipeptidos a péptidos sencillos y finalmente a aminoácidos. Los últimos dan sabores especiales, agradables o no, a algunos alimentos.

Cuando los microorganismos actúan contra aminoácidos, pueden desaminarlos, descarboxilarlos o ambas cosas. El E. coli por ejemplo, produce ácido glicoxílico, ácido acético y amoníaco a partir de la glicocola; las pseudomonas producen además metilamina y dióxido de carbono, y los clostridios dan acido acético, amoniaco y metano. Estas tres clases de organismos producen a partir de la alanina, respectivamente: (1) un alfa-cetoácido, amoníaco y anhídrido carbónico; (2) ácido acético, amoniaco y anhídrido carbónico. A partir de la serina, E. coli produce ácido pirúvico y amoniaco, dando algunas especies de Clostridium acido propiónico, acido fumárico y amoníaco.

Otros compuestos del nitrógeno que se descomponen son: (1) amidas, imidas y urea, de las que se obtiene amoníaco como producto principal; (2) guanidina y creatina, que dan urea y amoníaco, y (3) aminas, purinas y pirimidinas, que pueden dar amoníaco, dióxido de carbono y ácidos orgánicos (principalmente láctico y acético).

2.- Cambios en los compuestos orgánicos no nitrogenados:

Los principales compuestos orgánicos no nitrogenados que utilizan los microorganismos, principalmente como fuente de energía, pero también como fuentes de carbono, incluyen los carbohidratos, ácidos orgánicos, aldehídos y cetonas, alcoholes, glucósidos, compuestos cíclicos y lípidos.

Carbohidratos: Los hidratos de carbono, si se encuentran disponibles, son preferidos en general por los microorganismos a cualquier otra fuente de energía. Los di, tri o polisacáridos complejos suelen ser hidrolizados a azucares sencillos antes de su utilización. Un monosacarido, como la glucosa, puede ser oxidado aeróbicamente a CO2 y agua, o puede sufrir una descomposición anaerobia, dando lugar a uno de los seis tipos

principales de fermentación que siguen: (1) fermentación alcohólica, como la realizada por levaduras, que da etanol y dióxido de carbono como productores principales; (2) fermentación láctica sencilla, como la que realizan las bacterias lácticas homofermentativas, que dan principalmente ácido láctico; (3) fermentación láctica mixta, como la que llevan a cabo las bacterias lácticas heterofermentativas, que originan ácido láctico y acético, etanol, glicerina y CO2 como productos principales; (4) fermentación de tipo coliforme, como la realizada por las bacterias coliformes, que tiene como productos principales ácido láctico, acético y fórmico, etanol, dióxido de carbono, hidrogeno y tal vez acetoína y butandiol; (5) fermentación propiónica, realizada por propionibacterias, que da por resultado ácidos propiónico, acético y succínico, y CO2 y (6) las fermentaciones butíricos-butil-isopropílicas, realizadas por bacterias anaerobias y que dan lugar a la formación de ácido butírico y acético, CO2, hidrógeno y en algunos casos acetona, butilenlicol, butanal y 2-propanol.

Ácidos Orgánicos: La mayoría de los acidos orgánicos, que suelen encontrarse en los alimentos en forma de sales, son oxidados por los organismos, dando carbonatos que hacen al medio más alcalino. Los ácidos orgánicos pueden ser oxidados en aerobiosis completamente a CO2 y agua, como hacen las levaduras formadoras de película. Los ácidos grasos saturados o sus derivados cetónicos inferiores son degradados a ácido acético con la ayuda de la coenzima. Los acidos grasos no saturados, o los hidroxiácidos grasos, pueden ser degradados parcialmente de un modo similar, pero deben convertirse en ácidos grasos saturados (o sus derivados cetónicos) para que se haya una beta oxidación completa.

Lípidos: Las grasas son hidrolizadas por las lipasas microbianas a glicerol y ácido grasos, que se descomponen. Los microorganismos pueden producir la oxidación de las grasas, pero es más frecuente la autooxidación. Los fosfolípidos pueden ser degradados a sus fosfatos constituyentes, glicerol, ácidos grasos y base nitrogenada. Las lipoproteínas están constituidas por proteínas, colesterol, ésteres y fosfolípidos.

Otros Compuestos : Los alcoholes son oxidados habitualmente, dando el correspondiente ácido orgánico: por ejemplo, el etanol a ácido acético. La glicerina puede desintegrarse en productos semejantes a los que resultan de la oxidación de la glucosa. Los glucósidos, después de una hidrólisis que libera azúcar, darán una desintegración propia del azúcar. El acetaldehído puede ser oxidado a ácido acético o reducido a etanol. Los compuestos cíclicos no son fácilmente atacables.

EFECTO DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES

Además del factor enzimático el medio ambiente también determina, dentro de las diferentes clases de microorganismos presentes en un alimento, cuál sobrepasará a los otros y producirá el tipo de alteración o cambio que le es característico. Los factores que constituyen el medio ambiente están relacionados entre sí y su efecto combinado determina los organismos que han de crecer y los efectos que producirán. Los factores principales son las propiedades físicas y químicas del alimento, el oxígeno disponible y la temperatura.

1.- Estado físico y estructura del alimento:

El agua de un alimento, su situación y disponibilidad es uno de los factores más importantes que influyen en el crecimiento microbiano. El agua puede considerarse como un compuesto químico necesario para el crecimiento y como parte de la estructura física del alimento, ya que el agua libre en los alimentos es la principal fuente de crecimiento microbiano.

Los alimentos secos, como el pan, son más propensos a la alteración por mohos; los jarabes y miel, al tener una gran cantidad de azúcar y por lo tanto aw baja, favorecen el crecimiento de las levaduras osmófilas, y los alimentos húmedos neutros, como leche, carne, pescado y huevos, habitualmente son alterados por bacterias.

La congelación también ocasiona un aumento de los solutos en la porción no congelada a medida que desciende la temperatura, retrasando y finalmente inhibiendo el crecimiento de los gérmenes capaces de multiplicarse a temperaturas por debajo de 0° C.

Referente al efecto que la estructura biológica que un alimento ejerce sobre su alteración microbiana. Se ha visto que las porciones más internas de los tejidos sanos e íntegros de las plantas y animales vivos son estériles, o al menos con una escasa carga microbiana; por lo tanto, los gérmenes causantes de alteración, a menos que hayan tenido oportunidad de penetrar en la masa tisular, serán muy escasos o estarán ausentes.

En la carne las bacterias que la descomponen suelen crecer principalmente en el líquido existente entre las fibras musculares y únicamente después de pasado el rigor mortis es cuando las fibras liberan este material alimenticio, que se pone al alcance de los gérmenes que la descomponen.

2.- Propiedades químicas de los alimentos:

Alimentos energéticos: Los carbohidratos, especialmente los azúcares, son los alimentos más usados como fuente de energía, si bien también cumplen este fin otros compuestos carbonados, como esteres, alcoholes, péptidos, aminoácidos, ácidos orgánicos y sus sales. Los carbohidratos complejos, por ejemplo celulosa, pueden ser utilizados por unas pocas clases de gérmenes; el almidón es hidrolizado por un número muy limitado de microorganismos.

Muchos microorganismos no pueden aprovechar la lactosa o azúcar de leche, y por lo tanto no crecen bien en ella.

Ciertas levaduras no atacan a la maltosa. La mayoría de los microorganismos que utilizan los azúcares pueden

aprovechar la glucosa.

Un número limitado de microorganismos obtienen su energía a partir de las grasas, lo que llevan a cabo cuando no disponen de otros alimentos energéticos más fácilmente utilizables, tales como el azúcar. En primer lugar, las grasas deben hidrolizarse por la acción de la lipasa a glicerina y ácidos grasos, que sirven después como fuente de energía para los gérmenes hidrolizantes o para otros.

En general, en la degradación de las grasas intervienen más frecuentemente los microorganismos aerobios que los anaerobios.

Sustancias Alimenticias Accesorias o Vitaminas: Ciertos mi-croorganismos son incapaces de sintetizar algunas o todas las vitaminas que necesitan, por lo que deben proporcionárseles. La mayoría de los alimentos naturales vegetales y animales contienen una serie de estas vitaminas, pero algunas pueden faltar o estar en escasa cantidad. Así, las carnes son ricas en vitaminas B y las frutas pobres, mas éstas poseen un gran contenido de

ácido ascórbico.

3.- La concentración de hidrogeniones o pH y el poder compensador de un alimento:

La concentración de iones hidrógeno es muy importante para el crecimiento de los microorganismos. La mayoría de ellos se desarrollan mejor en medios con un pH neutro, aunque los hay que requieren medios más o menos ácidos. No se debe olvidar que la presencia de ácidos o bases en cantidades que no impiden el crecimiento bacteriano pueden sin embargo inhibirlo o incluso alterar sus procesos metabólicos normales.

La mayor parte de los mohos crecen en un intervalo de valores de pH más amplio que los de la mayoría de levaduras y bacterias y que muchos mohos crecen a niveles de acidez demasiado elevados para levaduras y bacterias. La mayoría de las levaduras fermentativas crecen bien a pH de aproximadamente 4'0 a 4'5, como ocurre en jugos de frutas. Por otra parte, la mayoría de las levaduras no crecen bien en substratos alcalinos.

La mayoría de las bacterias crecen bien a pH próximo a la neutralidad, aunque algunas, como las acidificantes, se ven favorecidas por una mo-derada acidez y otras, por ejemplo las bacterias muy proteolíticas, crecen en medios de alto pH (alcalino), como el que se encuentra en la clara de los huevos viejos

4.- Presencia (o ausencia) de oxígeno y otros gases

Gran cantidad de bacterias pueden crecer en una atmósfera con tensión de oxígeno normal. Algunas pueden obtener el oxígeno directamente de variados sustratos. Pero los microorganismos anaerobios estrictos sólo se desarrollarán adecuadamente en una atmósfera sin oxígeno ambiental. En un punto intermedio, los microorganismos microaerófilos crecen mejor en condiciones atmosféricas parcialmente anaerobias (tensión de oxígeno muy reducida), mientras los anaerobios facultativos tienen un metabolismo capaz de adaptarse a cualquiera de las citadas condiciones.

5.- Temperatura

Las posibilidades de alteración existen a cualquier temperatura de las comprendidas entre —5° C y 70° C. Debido a que los microorganismos difieren ampliamente en sus temperaturas óptima, mínima y máxima de crecimiento, es obvio que la temperatura a que un alimento se mantenga tendrá una gran influencia en el tipo, velocidad y extensión de los cambios que tengan lugar de origen microbiano. Incluso un cambio muy pequeño en

la temperatura puede favorecer el crecimiento de un tipo de microorganismo completamente distinto, lo que da por resultado una alteración diferente.

Los microorganismos mesófilos crecen de forma óptima a temperaturas entre 15 y 43ºC. Otros como los psicrófilos crecen a 0ºC y los temófilos a 80ºC o incluso a temperaturas superiores (hipertemófilos). En líneas generales, los patógenos humanos crecen en rangos de temperatura mucho más cortos, alrededor de 37ºC, y los saprofítos tienen rangos más amplios.

Debemos tener presente que la temperatura a que se almacena un alimento crudo puede afectar su autodescomposición y por lo tanto su susceptibilidad al ataque bacteriano. Las temperaturas de almacenamiento inadecuadas para la fruta la reblandecen y hacen que se estropee con más facilidad.

6.-Esterilidad del medio

Todos los medios de cultivo han de estar perfectamente estériles para evitar la aparición de formas de vida que puedan alterar, enmascarar o incluso impedir el crecimiento microbiano normal del o de los especímenes inoculados en dichos medios. El sistema clásico para esterilizar los medios de cultivo es el autoclave (que utiliza vapor de agua a presión como agente esterilizante)

7.-Condiciones adecuadas de humedad

Un nivel mínimo de humedad, tanto en el medio como en la atmósfera, es imprescindible para un buen desarrollo de las células vegetativas microbianas en los cultivos. Hay que prever el mantenimiento de estas condiciones mínimas en las estufas de cultivo a 35-37ºC proporcionando una fuente adecuada de agua que mantenga la humedad necesaria para el crecimiento de los cultivos y evitar así que se deseque el medio.

8.- Luz ambiental

La mayoría de los microorganismos crecen mucho mejor en la oscuridad que en presencia de luz solar. Hay excepciones evidentes como sería el caso de los microorganismos fotosintéticos.

CUÁLES SON LOS ALIMENTOS PREFERIDOS PARA EL CRECIMIENTO DESDE EL PUNTO DE VISTA NUTRICIONAL Y

POR QUÉ

Como hemos podido observar en la sección anterior, los alimentos más apetecidos por los microorganismos son los perecibles, es decir, aquellos que poseen un tiempo de vida útil muy corto y se descomponen con facilidad. Alimentos contaminados por el ambiente como suelo, agua y aire tambi’en aumentan el crecimiento de flora microbiana.

La mayoría de microorganismos crecen favorablemente en alimentos húmedos ya que el agua, como fue mencionada ya en ocasiones anteriores, es el principal nutriente de ellos. Los alimentos secos o deshidratados intencionalmente inactivan muchas veces la flora microbiana que necesita de agua, pero se pueden desarrollar otra clase de organismos como hongos, levaduras

EJEMPLOS DE MICROORGANISMOS CON REQUERIMIENTOS ESPECIALES DENTRO DE LA RAMA ALIMENTARIA

BACTERIAS PROPIÓNICAS

De acuerdo a la clasificación del Manual de BERGEY,S (2000), las especies pertenecientes al género Propionibacterium se presenta como bastones pleomórficos de 0,5 – 0,8 x 1 – 5 μm, con un extremo redondo y el otro puntiagudo, con frecuencia en forma agrupada. Algunas células pueden ser cocoides, bifidas o en racimos, pero no tienen filamentos. Se pueden presentar en forma individual, en pares o cortas cadenas, en configuraciones V o Y ó en grupos con caracteres chinos. Son organismos grampositivos, sin movilidad, no formadores de esporas. Anaerobios facultativos, pero tienen una aerotolerancia variable. Presentan requerimientos nutricionales complejos, metabolismo fermentativo, produciendo a partir de glucosa y otros carbohidratos grandes cantidades de ácido acético, propiónico y gas. La temperatura óptima de crecimiento es de 30ºC a 37ºC. Normalmente catalasa positiva.

Éstas se encuentran principalmente en el queso y productos lácteos, fermentaciones naturales como por ejemplo: ensilajes, fermentaciones olivas

y de aceite, y la piel humana. Fácilmente confundidas con algunas especies de Corynebacterium o Clostridium.

La acción de las bacterias propiónicas tiene lugar durante la etapa de maduración de los quesos en donde realizan la denominada fermentación propiónica, utilizando los carbohidratos, piruvatos y lactatos presentes para producir principalmente ácido propiónico, ácido acético y CO2. Habitan normalmente en productos lácteos, piel del hombre y tracto intestinal del hombre y animales. Son catalasa- positivas, anaeróbias a microaerófilas. La mayoría de las cepas se desarrolla más rápidamente bajo estrictas condiciones anaeróbias.

En cuanto a requerimientos nutricionales complejos, necesitan vitaminas pero no tienen problemas en la leche. El sustrato sobre el que se desarrollan es el ácido láctico de la primera fermentación. El ácido láctico lo pasan a pirúvico y éste pasa a ácido propiónico. El CO2 formado en el paso succinato – piruvato es el responsable de los agujeros en los quesos. Las propionibacterias son capaces también de degradar citratos a diacetilo, que da el aroma a los quesos.

Los aminoácidos aunque son benéficos no son esenciales, considerando que, ciertas vitaminas, minerales y componentes desconocidos de extractos de levadura son requeridos para el crecimiento y metabolismo. Los mismos autores, sostienen además, que las propionibacterias contienen las peptidasas necesarias requeridas para poder producir los aminoácidos esenciales. La producción de prolina está generalmente asociada con el crecimiento de un gran número de bacterias ácidopropiónicas.

En cuanto al requerimiento vitamínico, la presencia de tiamina ha sido descrita como factor estimulante para el desarrollo de algunas especies de bacterias propiónicas. En efecto, éstas son capaces de sintetizar esta vitamina. La riboflavina a su vez estimula el desarrollo, mas no constituye un requerimiento obligatorio del medio de cultivo.

Ácido pantoténico y biotina conforman las vitaminas en cuya ausencia el desarrollo de bacterias propiónicas es limitado notoriamente.

Colonias de bacterias propiónicas identificadas. (1) colonias pequeñas. (2) colonias con centro más oscuro que semejan un núcleo. (3) colonias con presencia de halo.

Los requerimientos de minerales han sido estudiados especialmente en relación al cobre, hierro y magnesio. El cobre en concentraciones de 2 a 8 mg/L origina una prolongación en la fase estacionaria de crecimiento y, con ello, un retardo en la producción de ácidos volátiles y anhídrido carbónico. No obstante, este efecto se hace menos significativo a medida que transcurre el período de fermentación. El hierro estimula la producción de ácido propiónico y producción de gas en algunas especies, mientras iones de magnesio y manganeso, conjuntamente con cobalto participan como cofactores en diversas reacciones enzimáticas en la fermentación propiónica.

BACTERIAS LÁCTICAS:

Este tipo de bacterias poseen el potencial de inhibir en los alimentos el desarrollo de microorganismos alterantes y patógenos, esto indica que existe una posibilidad de usarlos para extender la vida útil e incrementar la calidad higiénica de los alimentos.

Es un grupo muy heterogéneo de bacterias Gram positivas no esporuladas que tienen en común la capacidad de producir ac. Láctico por fermentación de azúcares. Son microorganismos de una limitada capacidad biosintética, por lo tanto requieren factores de crecimiento complejos como vitaminas del grupo B, purinas, pirimidinas y aminoácidos. La característica distintiva de las bacterias del acido láctico es su elevada tolerancia a los acidos. Aunque

las bacterias cocoides de los ácidos lácticos pueden iniciar su crecimiento en medios neutros o alcalinos, la mayoría de las formas bacilares no pueden crecer con un pH inicial mayor de 6. El crecimiento de bacterias de acido láctico continua hasta que el pH ha bajado, por la fermentación, a un valor de 5 o menos.

Algunas se encuentran en alimentos y bebidas preparadas a partir de materiales vegetales: encurtidos, la col acida, pienso ensilado, vino, cerveza. Uno de sus habitas también es la leche, estas bacterias también pueden desempeñar importantes funciones en la preparación de productos lácteos como: mantequilla, quesos y yogurt

Cabe recordar que este tipo de bacterias tienen un efecto nutricional y saludable, en especial el género Lactobacillus incrementan la calidad nutritiva de los alimentos, controlan infecciones intestinales, facilitan la digestión de la lactosa, son antimutagénicas, algunas inhiben el desarrollo de algunos tipos de cáncer y reducen el colesterol sanguíneo.

Una de sus principales funciones es producir las bacteriosinas que sirven como protectores en muchos alimentos ejemplo: La nisina es la única bacteriocina autorizada como aditivo alimentario especialmente por su actividad frente a los clostridios, reconocida por la FDA. Es muy eficaz como conservador frente a bacterias Gram-positivas. No es eficaz con las bacterias Gram-negativas.

Es capaz de impedir el desarrollo de clostridios y bacilos, destruyendo la pared de la espora.

Cultivo de bacterias lácticas y acción antimicrobiana de las bacterias

La utilización de los carbohidratos disponibles en el alimento y la reducción del pH a causa de los ácidos orgánicos producidos, son el principal mecanismo de antagonismo microbiano de las bacterias lácticas. No obstante, estas bacterias también producen otras sustancias antagonistas dentro de las cuales se destacan el diacetilo, peróxido de hidrógeno,

acetaldehído, compuestos no proteicos de bajo peso molecular y las bacteriocinas.

Ácidos orgánicos: Los ácidos orgánicos contribuyen al desarrollo de sabor, aroma y textura de los alimentos, pero también a su estabilidad mediante la inhibición de microorganismos alterantes. La actividad antimicrobiana de los ácidos orgánicos y del pH es complementaria, siendo la fracción no disociada de los ácidos orgánicos la que posee una mayor actividad inhibidora debido a su naturaleza lipofílica, ya que pueden atravesar la membrana celular y disociarse en el citoplasma. Estas moléculas pueden ejercer dos efectos: por un lado interfieren con funciones celulares, como puede ser la translocación de sustrato y la fosforilación oxidativa, por otro lado, la disociación de los ácidos orgánicos provoca el incremento de protones en el interior celular. Cuando la concentración de protones excede la capacidad tampón del citoplasma se transportan hacia el exterior mediante bomba de protones, reduciendo de esta manera las reservas energéticas de la célula. Cuando estas reservas se agotan, la bomba de protones se detiene y se provoca el descenso del pH interno, lo cual causa a su vez desnaturalización de las proteínas y desestabilización de otros componentes estructurales y funcionales de las células, interfiriendo así con la viabilidad.

Las bacterias lácticas pueden sobrevivir y desarrollarse en presencia de pH relativamente bajo a diferencia de otros grupos microbianos con metabolismo respiratorio, pues poseen un sistema de transporte simultáneo de ácido láctico y de protones al exterior celular, que además de contribuir a la homeostasis del pH interno, origina energía.

Compuestos no proteicos: Entre los compuestos no proteicos que producen las BAL durante su crecimiento se encuentra la reuterina. Esta sustancia a diferencia de las bacteriocinas y el peróxido, solo se produce por Latobacillus reutery, aislado del tracto gastrointestinal de personas y animales; su potencial tóxico aun no se ha evaluado, aunque por su naturaleza existen dudas acerca de su posible utilidad en la industria alimentaria. Su actividad antimicrobiana es extraordinariamente amplia, afectando a bacterias gram positivas, gram negativas, levaduras, mohos y protozoos. La reuterina se forma durante la utilización anaerobia del glicerol e inhibe la actividad de la enzima ribonucleótido reductaza involucrada en la síntesis del DNA, lo que determina su amplio espectro antimicrobiano.

Metabolitos del oxígeno: El crecimiento de BAL en medios aerobios conduce a la formación de varios metabolitos del oxigeno como: peróxido de hidrógeno, aniones super óxido y radicales libres, que poseen un efecto bacteriostático y bactericida frente a la flora láctica y no láctica. El peróxido de hidrógeno (H202) funciona como un oxidante produciendo radicales libres que atacan los componentes celulares esenciales, lípidos, proteínas y DNA. La acumulación del H202) en los medios de cultivo, se debe a que las BAL, en

general no poseen catalasa. El peróxido de hidrógeno ha sido estudiado más ampliamente en leche cruda, donde se genera el sistema antimicrobiano "lactoperoxidasa", sin embargo a pesar de su potencial en la preservación, es reconocida la poca viabilidad de este compuesto en los alimentos, ya que puede tener efectos perjudiciales en su calidad organoléptica causando rancidez de las grasas y reacciones de decoloración y enverdecimiento.

El uso de bacterias ácido lácticas en la biopreservación de alimentos ha tomado gran importancia en los últimos años debido a la capacidad para controlar microorganismos patógenos y alterantes. La aplicación de cepas biopreservantes así como de los extractos y metabolitos producidos por ellas, ha demostrado tener control sobre diversos microorganismos no deseados consiguiendo alargar la vida útil de los alimentos y dar seguridad contra bacterias que puedan afectar la salud del consumidor

BACTERIAS LIPOLÍTICAS:

Bacteria lipolíticas Corresponde a un grupo heterogéneo de bacterias que producen lipasas, enzimas que catalizan la hidrólisis de las grasas a ácidos grasos y glicerol. Muchas bacterias aeróbicas y proteolíticas son también lipolíticas. A menudo se encuentran en utensilios y equipo usados en alimentación que no han sido adecuadamente limpiados e higienizados. Pseudomonas fluorocescens es una de las especies fuertemente lipolítica. Los géneros Pseudomonas, Alcaligenes, Serratia y Micrococcus tienen especies lipolíticas.

Corresponde a un grupo heterogéneo de bacterias que producen lipasas, enzimas que catalizan la hidrólisis de las grasas a ácidos grasos, glicerol generan cetonas. Muchas bacterias aeróbicas y proteolíticas son también lipoliticas, a menudo se encuentran en utensilios y equipos usados para la alimentación que no han sido lavados adecuadamente e higienizados.

Muchos microorganismos producen enzimas lipolíticos, pero para que pueda tener lugar debe existir un sustrato acuoso en las grasas. La presencia de grasas en los alimentos estimula el predominio en los mismos de especies lipoliticas. Estos metabolitos confieren al alimento olores y sabores característicos.

En conjunto, estos cambios metabólicos detectables organolepticamente se han englobado en lo que se denomina rancidez microbiana. Por supuestos que las fases iniciales de estos procesos son favorables en algunos alimentos, ya que les confiere un sabor y un olor característicos. Ejemplo: Pseudónomas fluorocescens es una de las especies fuertemenete lipolitica, los generos pseudonomas, alcaligenes, serratia y micrococcus tiene especie lipolitica.

Caracterización de bacterias lipolíticas aisladas de alimentos y determinación de su actividad lipasica exocelular y endocelular.

Los microorganismos lipoliticos elaboran lipasas que ejercen su accion sobre el componente graso de los alimentos dando lugar al enranciamiento y consiguiente deterioro de los alimentos. se han analizado 56 muestras de alimentos de las que 20 son mantequilla 16 margarina y 20 mayonesa y otras salsas de ensalada. se han analizado recuentos de bacterias aerobias lipoliticas se han aislado e identificado las bacterias lipoliticas y sobre estas asi como sobre 25 cepas de coleccion pertenecientes a cada una de las especies aisladas se ha realizado una determinacion cualitativa (en sustratos especificos de endolipasas y exolipasas) y cuantitativa de endolipasas y exolipasas. el numero de bacterias aerobias y lipoliticas es bajo excepto en mantequilla. el total de cepas lipoliticas aisladas es 66 y pertenecen a diversos géneros. la actividad lipolitica en los sustratos de endolipasas es elevada. los triglicéridos sintéticos son los sustratos frente a los que todas las bacterias han sido menos lipoliticos excepto la tributirina. la actividad lipolitica sobre trigliceridos naturales es variable. en la valoración cuantitativa de los enzimas se observa una relación directa entre las curvas de crecimiento y las curvas de producción enzimática. la máxima actividad enzimática se ha encontrado al final de la fase logarítmica.

BACTERIAS PROTEOLÍTICAS:

Bacterias Proteolíticas Tienen la capacidad de descomponer la estructura de las proteínas. Muchas especies de Clostridium, Bacillus, Pseudomonas y Proteus son proteolíticas. Las bacterias de la putrefacción son capaces de descomponer anaeróbicamente las proteínas y producir compuestos malolientes, como ácido sulfhídrico, mercaptanos, aminas, indol y ácidos grasos. La mayor parte de las especies proteolíticas de Clostridium son putrefactivas, así como ciertas especies de Proteus, Pseudomonas y otros géneros no esporulados.

Las especies proteolíticas son aquellas que producen hidrólisis de las proteínas desdoblar las moléculas nitrogenadas de mayor tamaño presentes en los alimentos.

Estas bacterias pueden causar malos sabores en la mantequilla, durante su almacenamiento, ya que descomponen las proteínas presentes en fase acuosa. Las enzimas proteolíticas de los microorganismos actúan sobre la caseína, dando lugar a péptidos y aminoácidos aunque la hidrólisis es lenta y en muy baja proporción, manteniéndose la composición en aminoácidos frente de la leche, por otra parte, durante la fermentación, y como consecuencia del descenso del pH, el calcio y fosforo pasan a la forma soluble de un coagulo fino, lo que facilita la acción de las enzimas proteolíticas y en consecuencia se favorece la digestibilidad. Sustratos energéticos: Proteínas, péptidos, aminas. Ejemplo: clostridium perfringens.

Tienen la capacidad de descomponer la estructura de las proteínas, muchas especies como el clostridium, Bacillus, pseudonomas, y proteos son proteolíticas, las bacterias de la putrefacción, son capaces de descomponer anaeróbicamente las proteínas y producir compuestos mal oliente como el ácido sulfhídrico, mercaptanos, aminas, indol y ácidos grasos.

BACTERIAS PECTINOLITICAS:

Bacterias Pectolíticas Las pectinas son carbohidratos complejos que forman parte de hortalizas y frutas. Las pectinasas, compuestas de varias enzimas pectolíticas, pueden dar lugar al ablandamiento de los tejidos vegetales o a la pérdida de la capacidad de gelificación de los zumos de frutas. Se comportan como pectolíticas especies de Erwinia, Bacillus y Clostridium, así como ciertos mohos.

El cemento de la pectina presente en los tejidos vegetales es otro ejemplo importante de un nutriente que influencia las asociaciones microbianas alterantes. Así las podredumbres de ciertos vegetales solo pueden tomar determinados microorganismos que poseen una elevada actividad hidrolitica de la pectina. El número y especificidad de los enzimas que atacan la pectina son considerables.

Un carácter común de estos organismos productores de alteraciones radica en que tiene capacidad de segregar enzimas que atacan la pectina y, en consecuencia, ablandan y descomponen los tejidos vegetales. Esto facilita la difusión de los microorganismos a través del huésped, así como la entrada de otros exentos de capacidad para producir enzimas que ataquen a la pectina. Estos microorganismos afectan a peras, espárragos, cebollas, lechugas, alcachofas, etc. Ejemplo: Erwinia.

BACTERIAS ACÉTICAS:

Son bacilos aerobios, como el acetobacter, que producen el avinagramiento del vino al transformar el etanol en acido acético. Producen fermentaciones acéticas en cereales.

Las bacterias del ácido acético (Acetobacter y Gluconobacter) presentan las características comunes del grupo de bacterias similares a Pseudomonas que se presentaron anteriormente. Viven en la superficie de las plantas donde constituyen una microflora secundaria que utiliza los productos de desecho de la microflora primaria (bacterias lácticas y levaduras).

Esto es así porque presentan la capacidad de utilizar alcoholes como fuente de carbono y energía produciendo su oxidación a ácido (bacterias

suboxidantes como Gluconobacter) o a CO2 y H2O (bacterias superoxidantes como Acetobacter). La producción de ácido acético por estas bacterias las hace extremadamente acidófilas.

Las bacterias suboxidantes carecen de un ciclo de los ácidos tricarboxílicos completo por lo que oxidan de forma estequiométrica el etanol a acético. Las bacterias superoxidantes realizan una primera oxidación a acético; pero la presencia de ciclo de ácidos tricarboxílicos permite la oxidación total mucho más lenta. Otra particularidad del grupo es que la utilización de azúcares se produce únicamente por la ruta de las pentosas. Además de por su diferente capacidad de oxidación de alcoholes las dos bacterias del ácido acético pueden diferenciarse por su flagelación polar en Gluconobacter y peritrica en Acetobacter

Actenobacter. son bacterias gran negativas, son estrictamente aeróbicas y son móviles, estas oxidan el alcohol etílico a ácido acético, se encuentran en masa en los cereales, frutas, verduras y en algunas bebida alcólicas.

Ciertos grupos de Acetobacter son capaces de producir una gran cantidad de celulosa extracelular que llega a formar verdaderas películas de este polímero. Ejemplo: Acetobacter.

LEVADURAS

Se denomina levadura a cualquiera de los diversos hongos microscópicos unicelulares que son importantes por su capacidad para realizar la descomposición mediante fermentación de diversos cuerpos orgánicos, principalmente los azúcares o hidratos de carbono, produciendo distintas sustancias.

A veces suelen estar unidos entre sí formando cadenas. Producen enzimas capaces de descomponer diversos sustratos, principalmente los azúcares.

Una de las levaduras más conocidas es la especie Saccharomyces cerevisiae. Esta levadura tiene la facultad de crecer en forma anaerobia[] realizando fermentación alcohólica.[] Por esta razón se emplea en muchos procesos de fermentación industrial, de forma similar a la levadura química, por ejemplo en la producción de cerveza, vino, hidromiel, pan, producción de antibióticos, etc.

Las levaduras se reproducen asexualmente por gemación o brotación y sexualmente mediante ascosporas o basidioesporas. Durante la reproducción asexual, una nueva yema surge de la levadura madre cuando se dan las condiciones adecuadas, tras lo cual la yema se separa de la madre al alcanzar un tamaño adulto. En condiciones de escasez de nutrientes las levaduras que son capaces de reproducirse sexualmente formarán ascosporas. Las levaduras que no son capaces de recorrer el ciclo sexual completo se clasifican dentro del género Candida.

EJEMPLOS DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS QUE PRESENTAN CONDICIONES EXTREMAS PARA EL CRECIMIENTO

MICROBIANO

Los alimentos de alto riesgo son aquellos listos para comer, que bajo condiciones favorables de temperaturas, tiempos y humedad pueden experimentar el desarrollo de bacterias patógenas.

Dado que esos alimentos no han de sufrir un tratamiento posterior (por ej calentamiento) antes de ser consumidos, tal desarrollo bacteriano como así también la posibilidad de la aparición de toxinas implica un serio riesgo para la salud del consumidor.

Estos alimentos se caracterizan por poseer:

Alto contenido proteico. Alto porcentaje de humedad.

No ser ácidos. Requerir un control estricto de la temperatura de cocción y de

conservación.

Condición extrema de Actividad de agua

La unidad de medida para el requerimiento de agua de los microorganismos es normalmente expresada como actividad acuosa o actividad de agua. El agua pura tiene una Aw de 1.00, una solución de NaCl al 22% (peso/volumen) tiene una Aw> de 0.86 y una solución saturada de NaCl tiene una Aw de 0.75

La Aw óptima aproximada para el crecimiento de la mayoría de los microorganismos es 0.99 y la mayoría de las bacterias requiere una Aw mayor de 0.91 para crecer, con las bacterias Gram-negativo requiriendo valores más altos que las bacterias Gram-positivo.

La mayoría de los productos alimenticios naturales tiene una Aw aproximada de 0.99 o superior. Generalmente las bacterias tienen los requerimientos más altos de actividad acuosa, los hongos tienen los más bajos y las levaduras niveles intermedios.

La mayoría de las bacterias que descomponen los alimentos no crecen con una Aw menor a 0.91, pero los hongos y levaduras pueden crecer con valores de 0.80 o menores, incluyendo superficies parcialmente deshidratadas

Cuando se emplea sal para controlar la Aw se requiere una gran cantidad para alcanzar valores de Aw menores a 0.80.

Cuando la actividad de agua es inferior a 0,85 la mayoría de las bacterias patógenas que contaminan los alimentos no crecen.

MICROORGANISMOS Aw

Clostridium botulinum, Tipo E

(0.97)

Pseudomonas spp (0.97)

Acinetobacter spp (0.96)

Escherichia coli (0.96)

Enterobacter aerogenes (0.95)

Bacillus subtilis (0.95)

Clostridium botulinum, tipos A y B

(0.94)

Candida utilis (0.94)Vibrio parahaemolyticus (0.94)

Botrytis cinérea (0.93)

Rhizopus stolonifer (0.93)

Aw PRODUCTOS ALIMENTICIOS

≥0.98Carne y pescado fresco, fruta, hortalizas y verduras frescas,

leche y otras bebidas

0.98-0.93Concentrado de tomate, carne y pescados ligeramente

salados, embutidos cocidos, queso de maduración corta y pan

0.93-0.85Embutidos fermentados y madurados, jamón tipo serrano y

leche condensada azucarada

0.85-0.60Frutas secas, confituras, mermeladas, harinas, cereales, pescado muy salado, extracto de carne, quesos de larga

maduración

≤0.60Dulces, chocolates, miel, galletas, fideos secos, leche en

polvo, verduras desecadas y huevo en polvo

Condición extrema de Acidez o pH

Los efectos del pH adverso afectan por lo menos dos aspectos de la célula microbiana: el funcionamiento de sus enzimas y el transporte de nutrimentos hacia la célula. La membrana citoplásmica de los microorganismos es relativamente impermeable a los iones H+ y OH-; su concentración en el citoplasma permanece razonablemente constante a pesar de amplias variaciones que pueden ocurrir en el pH del medio circundante.

Cuando los microorganismos se ven en un ambiente por debajo o por arriba del nivel de neutralidad, su habilidad para proliferar depende de su habilidad para cambiar el pH ambiental a un rango más apropiado para ello, pues compuestos clave como DNA o ATP requieren de un medio neutro.

La actividad metabólica de la mayoría de los microorganismos provoca que el medio o sustrato se vuelvan menos ácido, mientras que aquellos que creen en ambientes con pH elevado tienden a bajar el pH del sustrato o medio.

Con respecto al transporte de nutrimentos, las células bacterianas tienden a tener una carga residual negativa y por tanto los compuestos no ionizados pueden entrar a las células mientras que los compuestos ionizados no pueden. A pH neutro o alcalino, los ácidos orgánicos no entran a la célula, mientras que a valores de pH ácido estos compuestos no están ionizados y pueden entrar a las células cargadas negativamente. Adicionalmente, el carácter iónico de los grupos ionizables de la cadena lateral se ve afectado en cualquier lado de la neutralidad, resultando en la mayor desnaturalización de enzimas de membrana y de transporte.

Acetobacter spp (pH=4.0-9.2) Alicyclobacillus spp. (pH=2.0-6.0)

Bacillus cereus  (pH=5.0-9.5)Campylobacter spp (pH=5.0-9.0)

Clostridium botulinum (pH=4.5-8.5)Clostridium perfringens  (pH=5.0-8.5)

Escherichia coli  (pH=4.5-9.0)Listeria monocytogenes (pH=4.2-9.8)Staphylococcus aureus  (pH=4.2-9.8)

Vibrio cholerae  (pH=5.0-9.7)

El crecimiento bacteriano está normalmente favorecido por valores pH cercanos al nivel neutro. No obstante, las bacterias acidófilas crecen en sustratos con un pH de hasta 5.2 y por debajo de dicho punto el crecimiento se reduce dramáticamente.

El pH de un alimento es la medida de su acidez o alcalinidad (por ej. el jugo de limón es ácido y el bicarbonato de sodio, básico o alcalino).

El valor de pH 7 corresponde a alimentos neutros, los valores por debajo de 7 a alimentos ácidos y los valores de pH por encima de 7 a alimentos básicos.

Cuando el alimento tiene un pH mayor que 7, es muy susceptible a la contaminación bacteriana.

Generalmente, en los alimentos que poseen un pH menor de 4,5 no se desarrollarán bacterias patógenas. Cuando el pH es bajo (pH ácido), el alimento se conserva mejor pero debe tenerse en cuenta que es más susceptible a daños por hongos y/o levaduras. Esto ocurre por ejemplo con los pickles y los jugos de frutas cítricas.

ALIMENTOS

pH EJEMPLOS MOTIVO

Poco ácidos

4,5 < pH < 7,5

Carne, lácteos,hortalizas

Tratamiento térmicoRelativamente severo.A pH mayores de 4,5 desarrollaC. botulinum.

Acidos 3,7 < pH < 4,5

Durazno, peras, naranjas, tomates

Pueden presentar bacterias acidúricas de baja resistenciatérmica, y otras bacterias, levaduras y hongos.

Muy ácidos

pH < 3,7 Encurtidos,fermentados,mermeladas

Pueden ser atacados porbacterias acidúricas, levaduras y hongos, pero generalmente tienen baja resistencia al calor.

Condiciones extrema de concentración de solutos:

En general, la estrategia empleada por los microorganismos como protección contra el estrés osmótico es la acumulación intracelular de solutos compatibles. Los halófilos mantienen el equilibrio osmótico al mantener la concentración de KCl en su citoplasma igual al del solvente en que está suspendido, en lo que se conoce como “respuesta de sal en citoplasma”. Los no halófilos acumulan solutos compatibles (osmolitos) en una manera bifásica): la primera respuesta es incrementar K+ (y endógenamente

Grupos según grado de

acidez

Rango de pH

Grupos de alimento

Microorganismos

Grupo 1: poco ácidos

> 5

Productos cárnicos

Productos marinos Leche

HortalizasAerobios esporulados

Anaerobios esporulados Levaduras, mohos y

bacterias no esporuladas

Grupo 2: semiácidos

4,5 < pH < 5,0

Mezclas de carne y

vegetales Sopas Salsas

Grupo 3: ácidos3,7 < pH

< 4,5

Tomates Peras Higos Piña

Otras frutas

Bacterias esporuladas Bacterias no esporuladas

Levaduras Mohos

Grupo 4: muy ácidos

PH < 3,7Encurtidos

Pomelo Zumos cítricos

sintetizar glutamato), y la segunda respuesta es incrementar, ya sea por síntesis de novo o por adquisición del medio, solutos compatibles. Estos últimos son moléculas muy solubles que no tienen carga neta al pH fisiológico y no se adhieren o reaccionan con las macromoléculas intracelulares.

Los tres solutos compatibles más comunes en la mayoría de las bacterias son carnitina, glicina-betaína y prolina. La carnitina puede ser sintetizada de novo, pero las otras dos no pueden serlo. La prolina es sintetizada por algunas bacterias Gram-positivo mientras que es transportada por los Gram-negativo. La solubilidad de glicina-betaína en 100 ml de agua a 25°C es 160 g, mientras que para prolina es 162 g. La glicina-betaína es empleada por un mayor número de organismos vivientes que los otros dos osmolitos.

La sal y el azúcar son los solutos que habitualmente se añaden a los alimentos para reducir la aw. La preparación de jaleas, mermeladas y productos va acompañada de una extracción parcial del agua mediante calentamiento. La adición de sal se utiliza en forma predominante en la carne, pescado y algunas verduras. La sal se añade directamente en seco o mediante salmuera dependiendo siempre de la naturaleza del producto.

Condiciones extrema de temperatura:

Los microorganismos tienen un rango óptimo, así como un mínimo y un máximo de temperatura para crecer. Por lo tanto, la temperatura ambiental determina no solamente la tasa de proliferación sino también los géneros de microorganismos que prosperarán y el grado de actividad microbiana que se registrará.

El cambio de solo unos cuantos grados en la temperatura favorecerá el crecimiento de organismos completamente diferentes y resultará en un tipo distinto de descomposición alimentaria y/o enfermedad de origen alimentario. Es debido a estas características que se emplea el tratamiento térmico como un método para controlar la actividad microbiana.

La temperatura óptima para la proliferación de la mayoría de los microorganismos va de 14°C a 40°C, aunque algunos géneros prosperarán por debajo de 0°C (la temperatura más baja reportada con crecimiento microbiano es de -34°C) y otros géneros crecerán a temperaturas por arriba de 100°C.

En los pescados y los mariscos los microorganismos según sus características poseen temperaturas óptimas, mínimas y máximas de crecimiento. También pueden ser

termolábiles y termorresistentes, la mayoría de los microorganismos que no poseen esporas, se destruyen a temperaturas de pasteurización, por ello se recomienda que al cocinar los alimentos su centro térmico alcance como mínimo 75 °C. Entre los microorganismos importantes a través de los alimentos están las enterobacterias, tales como Salmonella, Escherichia coli, Shigella, entre otras y microorganismos pertenecientes al género Vibrio, como Vibrio cholerae.

Condiciones de Tiempo:

Si le proporcionan a las bacterias, condiciones óptimas de nutrientes, humedad y calor, algunas son capaces de multiplicar su número por dos entre los 10 y 20 minutos. Si se les da el tiempo suficiente, un número inicial de bacterias pequeño puede multiplicarse hasta el punto de poder causar una intoxicación alimentaria. Por lo tanto, es esencial que los alimentos de alto riesgo solo permanezcan en la zona de peligro el tiempo estrictamente necesario.

CONCLUSIONES

El crecimiento microbiano se da gracias a un conjunto de reacciones químicas para las cuales es indispensable la utilización de una serie de elementos que llamaremos nutrientes, los cuales se deben encontrar disponibles en el medio que los rodea.

Los principales componentes que forman parte de la materia viva se encuentran en el exterior de la célula, pero esto no quiere decir que entraran a formar parte celular tal y como se los encuentra en el medio, sino que necesitan ser transformados por la misma célula para su uso posterior.

Los nutrientes son de vital importancia en las reacciones metabólicas llevadas a cabo en la célula, algunos son utilizados en mayores cantidades (macronutrientes) que otros (micronutrientes), pero esto no quiere decir que estos últimos sean menos importantes.

Los macronutrientes son requeridos en mayores proporciones debido a que son los que suministran la mayor cantidad de energía a la célula, siendo el principal el Carbono el cual es suministrado a los medios de cultivo generalmente como glucosa ya que es fácil de metabolizar por la mayoría de los microorganismos.

Los micronutrientes son compuestos metálicos, que pueden o no encontrarse en los medios de cultivo, pero eso si cuando los hay son de vital importancia ya que tienen una función estructural en algunas enzimas, por ejemplo actuando como co-factores.

El agua es unos de los nutrientes universales más importantes debido a que los procariotas en si (salvo algunas excepciones) son considerados como organismos acuáticos debido a que requieren de cierto grado de humedad para crecer, y se la puede obtener ya sea por medio de reacciones de oxido-reducción o principalmente del medio.

Todo microorganismo, requiere de una fuente de energía y carbono para su desarrollo. Para la energía, si esta viene de compuestos orgánicos e inorgánicos se denomina quimiotrofos; y si viene de la luz se llaman fototrofos.

Los fototrofos que también son llamados fotosintéticos son organismos que pueden utilizar como fuente energética para su crecimiento la luz. Estos organismos abarcan dos grandes grupos: las bacterias fotógrafas

anaeróbicas, que no dependen del oxígeno, y los fotógrafos aeróbicos, cianobacterias, algas, que producen oxígeno en la luz.

Los quimiotrofos indican la ganancia de energía por reacciones de oxidación-reducción en las que los nutrientes actúan como sustrato, independientemente de que la forma de energía bioquímica se obtenga por oxidación o por fermentación.

En el caso de carbono, si el microorganismo produce su propio recurso nutricional a partir del CO2 decimos que son autótrofos, y si estos necesitan de sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos se denominan heterótrofos.

Los litotrofos son organismos quimiotrofos que obtienen su energía a través de compuestos inorgánicos diferenciándose de los organotrofos que lo hacen por compuestos orgánicos.

Los fotoutótrofos son aquellos que utilizan, la luz como fuente de energía y el CO2, como principal fuente de carbono, mientras los fotoheterótrofos aunque también utilizan la luz como fuente de energía, su fuente principal de carbono la obtienen de compuestos orgánicos más complejos sintetizados.

El hecho de que exista una gran variedad de combinaciones de nutrientes es gracias a las exigencias de cada microorganismo las cuales provienen de sus características metabólicas.

El metabolismo es una serie de reacciones químicas donde comienza con la degradación de nutrientes, generando energía, luego con la transformación de los mismos en compuestos básicos celulares como aminoácidos para la posterior biosíntesis de macromoléculas que constituyen la célula como los ácidos nucléicos y proteínas. Estos dependen de los compuestos enzimáticos, encargados de catalizar reacciones, y de la herencia, encargada de dar las señales para que se den todos estos procesos.

El medio de cultivo es el que va a proveer de nutrientes a la célula de cada organismo que vive en él, los cuales son absorbidos para la formación de material celular y obtención de energía. Está enriquecido de nutrientes que satisfacen necesidades desde los organismos más exigentes hasta los que no lo son.

Así como el medio depende del metabolismo, el metabolismo depende del medio. Si las condiciones del medio no son favorables o es de cierta forma alterada (ya sea por temperatura, pH, otros), los microorganismos pueden entrar a una fase de inactivación metabólica.

No existe la exclusividad de un medio ya que hay muchos organismos que pueden desarrollarse en el mismo medio, otros que pueden sobrevivir en condiciones mínimas de nutrientes y otros en condiciones externas extremas.

Un cultivo puro es la población de una sola especie (todos provenientes de una misma célula) desarrolladas en un mismo medio y un cultivo mixto es el desarrollo de varias especies donde existe mucha competencia, incluso hay organismos que sintetizan sustancias inhibidoras del crecimiento de otras especies o al revés donde existe mutua ayuda.

Los compuestos denominados factores de crecimiento son tan esenciales como los nutrientes “base” ya que determinan el crecimiento de una determinada especie aunque estos sean suministrados al medio en pequeñas cantidades.

Hay factores orgánicos que les da la capacidad a los microorganismos de sintetizar sustancias, y factores minerales que promueven la actividad de enzimas. Todo depende de la dosis que se le suministre ya que si se agregan en grandes cantidades o en muy pequeñas alteran la fisiología del organismo.

Los microorganismos pueden crecer en todo tipo de alimentos, esto depende de sus características fisiológicas, uno de los preferidos son las proteínas y los carbohidratos, los cuales necesitan ser sintetizados por el conjunto enzimático, para después poder obtener los nutrientes deseados, aunque debemos recordar que dicho crecimiento no solo depende de esto sino también de los factores limitantes ambientales.

Para que un alimento pueda ser sintetizado por los microorganismos, este necesita ser completamente compatible con la enzima perteneciente al microorganismo, es por eso que solo ciertos alimentos constituyen un medio perfecto para estos.

Existen muchos tipos de bacterias que son muy específicas en cuanto a su alimentación, es por esto que se necesita añadir otros nutrientes al medio, tales como: vitaminas, sangre, magnesio, zinc, etc.

Cierto tipo de microorganismos obtienen energía a partir de las grasas, esto lo hacen cuando no pueden utilizar alimentos energéticos como el azúcar, para esto las bacterias productoras de lipasas hidrolizan la grasa a glicerina y ácidos grasos, para después ser consumidas como fuentes de energía.

En la fermentación de queso intervienen las bacterias propiónicas, que actúan específicamente en la maduración de los quesos, donde realizan la fermentación propiónica , en esta etapa utilizan los carbohidratos, piruvatos

y lácteos presentes no solo para su nutrición también para producir acido propionico, Ac. Acético y CO2.

Como requerimientos nutricionales complejos, las bacterias propiónicas necesitan vitaminas; el sustrato sobre el que se desarrollan es el Ac. Acético; además utilizan Ac. Láctico para pasar a pirúvico y luego producir acido propiónico; y para dar el aroma al queso degradan citratos a diacetilo.

Las bacterias lácticas son un ejemplo de microorganismo con requerimientos especiales, ya que para obtener factores de crecimiento como vitaminas, purinas, pirimidinas y aminoácidos, necesitan soportar un elevado nivel de acido, debido a su producción de Ac. Láctico, aunque también existen cocoides en el grupo de las lácticas que pueden crecer en medios neutros; pero la mayoría de las bacterias lácticas, especialmente las bacilares, crecen a un pH menor a 6.

La capacidad de las bacterias lácticas de soportar y producir acido láctico les permite deshacerse de aquellas bacterias que se encuentran en un mismo medio con suficientes factores nutricionales, para eliminar la competencia en busca de nutrientes.

Las bacterias de los ácidos lácticos se encuentran en algunos alimentos y bebidas; pero uno de sus habitas más comunes es la leche, aunque también desempeñan un papel importante en productos lácteos fermentados como el queso, la mantequilla, yogurt, esta función se caracteriza en la acción heterofermentativa sobre carbohidratos.

El grupo de bacterias proteolíticas, para obtener nutrientes, se encargan de desdoblar las proteínas por medio de una hidrólisis, normalmente ocurre en la mantequilla almacenada, pero la función específica lo hacen las enzimas proteolíticas de estos microorganismos, las cuales actúan sobre la caseína dando lugar a péptidos y aminoácidos, manteniendo la composición de los aminoácidos en la leche, y durante la fermentación, el calcio y el fosforo pasan de forma soluble, lo que facilita la digestibilidad de los microorganismos.

La mayoría de las bacterias tienen los requerimientos más elevados de actividad de agua, normalmente crecen a una actividad acuosa mayor a 0.91, y por lo general la mayor parte de las bacterias patógenas contaminantes de alimentos mueren a una actividad de agua inferior a 0.85.

Las bacterias encuentran dificultad en el funcionamiento de sus enzimas y transporte de nutrientes en medios de pH adversos a sus requerimientos, pues compuestos como DNA o ATP requieren de un medio neutro, así la habilidad de proliferar depende de su capacidad para cambiar el pH ambiental apropiado para la célula.

En las industrias alimentarias se busca regular el pH en los diferentes productos que se desarrollan debido a que los alimentos que ingresan son más propensos a contaminarse porque ya tienen definido su pH.

Las concentraciones de solutos en los alimentos normalmente son agregadas para reducir la actividad de agua, pero la condición es cuando existe altas o bajas concentraciones, ya sea de sal o de azúcar, porque si hay altas concentraciones de sal se desarrollan bacterias halófilas y si hay altas concentraciones de azúcar se presentan los osmofilos.

Existen productos que comparten condiciones de conservación en una alta concentración de solutos que induce a la plasmólisis de los alimentos.

Para la condición extrema de temperatura aparecen pescados y mariscos que presentan microorganismos que poseen características de temperaturas óptimas, mínimas y máximas de crecimiento, es por eso que para controlar el crecimiento microbiano, el mejor método es el uso de temperatura.

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