Algunas cosas sobre tecnología de los alimentos

Archivo para la Categoría "conservadores biológicos"

Bacteriocinas

Las bacteriocinas son proteínas o péptidos producidos por algunas bacterias y que poseen actividad antimicrobiana, letal o inhibidora, frente a grupos bacterianos estrechamente relacionados con los que las producen. Su naturaleza química permite que puedan ser consideradas conservadores naturales. Su síntesis se produce, generalmente, cuando las bacterias que las sintetizan se encuentran en situaciones de estrés. Como es habitual en las rutas metabólicas de los microorganismos, la síntesis de las bacteriocinas también depende del ecosistema, pH, potencial de óxido-reducción Eh, cantidad de nutrientes, fase de crecimiento, temperatura, oxígeno disponible.

Aunque las bacteriocinas se pueden sintetizar por levaduras, bacterias Gram-positivas y Gram-negativas, son las producidas por las bacterias ácido lácticas las que han recibido mayor atención porque, además de conservar a los alimentos, provienen de un grupo bacteriano, por excelencia, saludable.

Se han aislado e identificado cientos de compuestos como bacteriocinas, si bien, solo parte de ellos se han estudiado como posibles bactericidas o bacteriostáticos. Las décadas de los 80 y 90 han sido muy prolíficas en este campo.

Se han dividido en dos grandes grupos o clases: Clase I o lantibióticos y Clase II que son pequeños péptidos estables al calor y no poseen lantionina. Las bacteriocinas de la Clase II son las más abundantes y las que presentan mayor posibilidad de aplicación como conservadores de todo tipo de alimentos.

En general, las aplicaciones de las bacteriocinas dependen de su especificidad y características de actividad según el medio en que se encuentran: pH, solubilidad, fuerza iónica del alimento y temperatura, sobre todo. No todas se comportan igual en un mismo medio.

Algunas tienen ventajas aplicables en la industria: las “lactococcinas” tienen aplicaciones tecnológicas, además de bactericidas, por la proteolísis que desarrollan con la liberación de sus enzimas intracelulares. En el caso de los quesos madurados tipo Cheddar se ha observado que la mayor proteolísis, con la consiguiente liberación de aminoácidos, disminuye el sabor amargo que producen los péptidos hidrofóbicos y, por tanto, tienen mejor aroma, así como, mejor textura en menor tiempo, ahorrando económicamente el proceso.

Las bacteriocinas se pueden introducir en un alimento de diferentes formas:

. En alimentos fermentados como metabolito de los microorganismos utilizados como fermentadores.

. Se pueden introducir como subproductos de la fermentación láctica (suero) en otros alimentos.

. Se pueden agregar purificadas y concentradas directamente en un alimento.

Para que las bacteriocinas se puedan aplicar en un alimento deben ser:

No tóxicas.

Estables y muy activas en ese producto.

Poseer un amplio espectro de actividad antibacteriana.

No otorgar aromas ni sabores extraños al producto.

No ser cara y que sea fácil su uso.

Nisina.

Es la bacteriocina más conocida y aplicada desde hace décadas en alimentación. Es un polipéptido sintetizado por Lactococcus lactis. Está incluída en la clase I de bacteriocinas, es decir, es un lantibiótico. 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. La sensibilidad a la nisina varía de unas bacterias a otras. La dosis mínima de eficacia no es siempre la misma.

Desde 1981 está permitida en EEUU como conservador para prevenir el desarrollo y crecimiento de Clostridium botulinum y, por tanto la producción de la toxina botulínica, en la elaboración de quesos pasteurizados.

Las grandes ventajas que ofrece la nisina como conservador son:

– Resistencia térmica. Permite su aplicación a productos enlatados y conservados a altas temperaturas. Mediante la acción de la nisina, se reduce la temperatura de tratamiento, o bien, manteniendo la misma temperatura de tratamiento reduce la contaminación previa del alimento a procesar.

-Estable a pH bajo (menor de 6).

-Síntesis a lo largo de todo el ciclo de desarrollo del Lactococcus, no sólo en la fase exponencial, como otras bacteriocinas. Esto permite que, aunque haya terminado la fase de crecimiento de la población láctica, se siga sintetizando la nisina en los alimentos que se encuentren estas bacterias.

Tiene el inconveniente de que los alimentos ricos en grasa, ésta disminuye su eficacia. También debe tenerse en cuenta que, como las bacteriocinas son proteínas, no debe agregarse nisina a los alimentos que contengan enzimas proteolíticos o microorganismos que tengan estos enzimas. La nisina se puede destruir por la nisinasa de Bacillus cereus y por la quimotripsina.

Se ha comprobado que la nisina es eficaz frente a Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes. La nisina está considerada como GRAS y se aplica a distintos alimentos. Las posibilidades del uso de la nisina como conservador natural ha permitido su empleo en la industria quesera, cárnica, de conservas por calor y tiene un gran futuro en la industria cervecera por inhibir durante la fermentación de la malta las bacterias Gram-positivas que inhiben a las levaduras fermentadoras y se adueñan del proceso. No obstante, sus aplicaciones, tienen que ser aprobadas por las legislaciones correspondientes. Actualmente, se comercializa bajo distintas marcas, empleándose para prevenir patógenos y alteraciones en distintos alimentos, según países.

Productos antimicrobianos producidos por las bacterias ácido lácticas (LAB).

Producto

Productor


Ácido láctico

Todas las BAL


Ácido acético

BAL heterofermentadoras

Peróxido de hidrógeno

Todas las LAB

Alcoholes

BAL heterofermentadoras

Dióxido de carbono

BAL heterofermentadors

Diacetilo

Lactococcus spp.

Reuterina

Lactobacillus reuteri

Bacteriocinas

Clase I de bacteriocinas

Nisina

Lactococcus lactis

Clase II de bacteriocinas

Sakacina P

Lactobacillus sake

Sakacina K

Lactobacillus sake

Curvacina A/ Sakacina A

Lactobacillus curvatus

Carnobacteriocina A

Carnobacterium piscicola

Pediocina

Pediococcus acidilactici

AcH/PA-1/SJ-1

Pediococcus parvulus

Lactobacillus plantarum

Leucosina A/B- Talla

Leuconostoc gelidum

Leuconostoc carnosum

Mesentericina Y 105

Enterocina A

Enterocina B

Enterocina P

Leuconostoc mesenteroides

Enterococcus faecium

Enterococcus faecium

Enterococcus faecium

La curvacina A y la sakacina A,P y K, producidas, respectivamente, por Lactobacillus curvatus y Lactobacillus sakei aislados de productos cárnicos, son muy eficaces para inhibir Listeria monocytogenes . La PediocinaA-1/CHA producida por Pediococcus acidilactici, Pediococcus parvulus y Lactobacillus plantarum, inhibe el crecimiento de Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes y Clostridium perfringens . En embutidos curados secos, la utilización de las bacteriocinas, JDI-23, la PAC 1.0, producidas por Pediococcus acidilactici y la MSC, producida por Lactobacillus plantarum, reducen la población de Listeria monocitogenes.

La aplicación de bioconservadores en la industria alimentaria está salvando de muchos problemas de contaminaciones patógenas al consumidor y de deterioro a los alimentos. La principal fuente de bioconservadores para alimentos, al menos la más utilizada, es el grupo de bacterias ácido lácticas que es muy diversa y amplia, con gran cantidad de sustancias que elaboran con su metabolismo. Esta “panacea” de conservación de alimentos, junto a las características que manifiestan de prevención de ciertas enfermedades y deterioros fisiológicos para el hombre, ha dado lugar a que las bacterias lácticas más interesantes como adyuvantes tecnológicos, conservadores y de la salud de los consumidores se les denomine probiotas . Los alimentos que se fermentan o enriquecen con probiotas se están considerando funcionales, es decir, buenos para la salud humana: yogures líquidos y sólidos, vegetales fermentados, productos cárnicos fermentados, etc. Todas las cepas de bacterias ácido lácticas que se emplean en la elaboración de estos alimentos han sido previamente seleccionadas, no sólo, por sus características tecnológicas sino, también, por sus características conservadoras del producto y por su capacidad de beneficiar la fisiología del consumidor. Desde los años 80, se están manipulando muchas de estas bacterias genéticamente para potenciar aquellas vías metabólicas que más interesan por sus beneficios para la salud humana. El consumidor es cada día más exigente con la alimentación y la tecnología de alimentos investiga, día a día, cómo mejorar la nutrición y contentar al consumidor. Aún quedan muchos microorganismos por investigar y muchas rutas metabólicas que, en el futuro se pueden conocer y mejorar:

-Alimentos muy sanos, bien conservados, sin sustancias tóxicas.

– Nutritivos, que aporten el mayor número de micronutrientes que se necesitan para alimentarse y funcionar bien.

-Beneficiosos que prevengan de disfunciones fisiológicas que pueden degenerar en enfermedades graves.

Anuncios

Conservadores Biológicos en Alimentos II

Los alimentos fermentados se consumen en gran cantidad desde los años 70, principalmente, yogures, embutidos fermentados, kéfir y, en algunas culturas orientales, kumiss y tofu. Precisamente, la razón de su gran consumo es porque los consumidores los consideran muy saludables y naturales. No les importa comer millones de microorganismos vivos porque saben que no les perjudican sino, al contrario, les beneficia. Por ese motivo, actualmente, se introducen estos microorganismos beneficiosos en otros alimentos que no son fermentados para conservarlos y aumentar su potencial como saludables. Se están empleando desde hace una década como microorganismos probióticos.

Las propiedades antibacterianas de algunos microorganismos han centrado el interés de los investigadores en alimentación en las últimas décadas. Como resultado, han surgido diversos tipos de biocontrol para la conservación de alimentos. Los modos de inhibición del crecimiento bacteriano no deseado (los contaminantes que queremos inhibir) por parte de los microorganismos que empleamos como conservadores varían desde competitividad por los nutrientes a la producción de metabolitos capaces de inhibir el crecimiento de otras bacterias: peróxido de hidrógeno, bacteriocinas, ácidos, antibióticos.

Los microorganismos más empleados como conservadores, actualmente, son las bacterias lácticas. Para un buen desarrollo de las bacterias lácticas utilizadas como conservadoras es necesario que existan azúcares, una Eh (potencial de oxidorreducción) no elevada, y que se multipliquen rápidamente para que se adueñen del ecosistema. Los azúcares que se agregan a los alimentos que van a ser fermentados, tienen que ser metabolizados por las bacterias lácticas, en ello se basa el proceso fermentativo, dando lugar a una serie de ácidos débiles que, con su poder acidificante, inhibirán a aquellos microorganismos no capaces de soportar este tipo de ambiente ( casi todos los patógenos), además de otorgar el sabor típico de estos productos. Debido a las rutas fermentativas de las bacterias lácticas, se emplean determinados azúcares, los denominados prebiotas como potenciadores del desarrollo de estas bacterias conservadoras de alimentos. El bajo Eh permite que las bacterias ácido lácticas crezcan más rápidamente que otras fermentadoras aerobias gracias a que las ácido lácticas son microaerófilas.

Desde hace miles de años, el hombre ha producido y consumido una gran variedad de alimentos fermentados, lácteos, vegetales, cárnicos, pescado y cereales. A pesar de no estar controlados estos procesos daban lugar a alimentos saludables con buenas características nutritivas e higiénicas. Con los avances de la ciencia y tecnología de alimentos, en el mundo desarrollado, se procesan estos alimentos de forma dirigida, con los microorganismos más adecuados en cada tipo de producto y las condiciones del proceso de elaboración muy controladas para poder obtener los metabolitos que más nos interesan desde el punto de vista organoléptico y sanitario. Gracias a los conocimientos que se poseen sobre los beneficios sanitarios de los productos fermentados por las bacterias lácticas, las investigaciones se han enfocado en los últimos 20 años sobre estos aspectos( sin olvidar que su primera función es tecnológica, puesto que transforma la materia prima, y conservadora, mediante la inhibición de otros microorganismos patógenos), dando lugar a que se consuman como alimentos preventivos de ciertos desequilibrios fisiológicos que desembocan en enfermedades graves coronarias, intestinales, cancerígenas, etc. y, por tanto, potenciadores de la salud.

Como conservadores biológicos, las bacterias ácido lácticas no tienen bien definido el mecanismo específico por el que inhiben a otros microorganismos. En su desarrollo producen gran variedad de metabolitos, la inhibición es un efecto de la acción conjunta de todos estos productos. Según la naturaleza del medio donde se desarrollan, será más eficaz como antimicrobiano un metabolito u otro. Las células vivas de las bacterias lácticas producen todos los compuestos que actúan como inhibidores de otros microorganismos y, normalmente, se agregan las células vivas que producen “in situ” todas las sustancias deseables, siendo los bioconservadores por excelencia.

Los mecanismos por los que actúan como conservadores son:

Ácidos orgánicos.

1. Ácido Láctico.- Es el principal producto resultante del metabolismo fermentativo de estas bacterias y le otorga el nombre al grupo. Es el responsable de la disminución del valor del pH en su medio ambiente y, por tanto, un modo de antagonismo para muchos otros microorganismos. Además de la disminución del pH, la cadena no disociada del ácido ejerce un efecto antimicrobiano por colapsar el gradiente electroquímico de transporte de protones causando efectos bacteriostáticos y muerte de las bacterias más susceptibles.

El ácido láctico se aplica aislado en la conservación de carnes envasadas al vacío, en las carcasas de pollo y carnes rojas.

2. Ácidos propiónico y acético.- Se producen en menor cantidad, prácticamente trazas. Su síntesis depende de los factores ambientales de desarrollo, en Leuconostoc, la producción de ácido acético depende de la cantidad de oxígeno libre utilizable.

Al igual que el ácido láctico, los ácidos acético y propiónico interaccionan con la membrana celular de los otros grupos microbianos, neutralizando el potencial electroquímico. Los ácidos acético y propiónico tienen unos valores de disociación pKa más altos que el ácido láctico a un mismo valor de pH, lo que permite que tengan mayor efecto antibacteriano.

El ácido acético también puede causar la desnaturalización de las proteínas internas y reducen los valores intracelulares de pH en ciertos clostridios. El ácido propiónico afecta a las membranas celulares de ciertos mohos causando la inhibición del transporte de aminoácidos.

Ambos ácidos, propiónico y acético son muy empleados como conservadores en la industria de alimentos pero su origen no suele ser a partir de las bacterias lácticas. En los alimentos fermentados se ha comprobado que el ácido acético es sinérgico con el ácido láctico en sus efectos antibacterianos.

Ácidos grasos.

Algunos lactobacilos y lactococos tienen actividad lipolítica y bajo las condiciones adecuadas, producen ácidos grasos en concentraciones que llegan a ser antimicrobianas y, a la vez, también influyen en las características sensoriales del producto. Se producen en los productos fermentados como embutidos cárnicos y lácteos. Los ácidos grasos con mayor efecto antimicrobiano son los de 12-16 átomos de carbono. Su actividad es parecida a la de los detergentes.

Diacetilo.

Los lactococos, lactobacilos y leuconostoc, producen diacetilo por la fermentación del citrato. Esta propiedad metabólica se emplea para la elaboración de algunos productos lácteos fermentados a los que otorga el aroma y sabor. Esta característica de otorgar aroma, hace que su empleo como conservador no esté extendido, puesto que es más bajo el umbral de detección del aroma que el necesario para inhibir a los microorganismos.

Peróxido de hidrógeno.

Gran cantidad de bacterias ácido lácticas son capaces de producir peróxido de hidrógeno durante su metabolismo. Estas bacterias no producen catalasa para disociar el peróxido de hidrógeno pero poseen un sistema flavoproteina oxidasa que reacciona con el dioxígeno (H2O2). Los niveles de peróxido de hidrógeno pueden llegar a autoinhibir cultivos de lactobacilos y lactococos, en algunos casos. En los medios sólidos donde las células lácticas están tan próximas, el peróxido de hidrógeno puede dar lugar a la formación de superóxido (O2) y radicales hidroxilo (OH) que son potentes sistemas antimicrobianos. La lactoperoxidasa es un sistema de actividad antimicrobiana que ocurre de forma natural en la leche y consiste en que el sistema tiocianato es oxidado por el peróxido de hidrógeno para producir el radical antimicrobiano hipotiocianato y ácido tiocinoso. El complejo lactoperoxidasa se ha empleado con éxito en la conservación de la leche, queso y en otros productos lácteos para inhibir los microorganismos patógenos, usando peróxido de hidrógeno agregado.

La capacidad del peróxido de hidrógeno producido por las bacterias ácido lácticas para la conservación de alimentos es limitada porque existen muchos factores que intervienen: la utilidad del oxígeno presente, la presencia de diferentes niveles de superóxido dismutasa y catalasa. Además, la oxidación natural del peróxido de hidrógeno y los radicales libres que se forman, como consecuencia, ejercen unos efectos muy notables en la calidad sensorial, causando el enranciamiento de las grasas y aceites, así como, reacciones de decoloración y, bajo ciertas condiciones, producen aldehídos activos.

Reuterina.

La reuterina ( 3-hidroxipropionaldehído) la produce Lactobacillus reuteri en condiciones de crecimiento anaerobias con glicerol presente. El espectro inhibidor de la reuterina incluye a las bacterias Gram-positivas, Gram-negativas, levaduras, incluso a Trypanosoma cruzi, parásito intestinal. La producción de reuterina se estimula con el contacto directo de las células de L. reuteri con microorganismos heterólogos.

Bacteriocinas.

Las bacteriocinas son proteínas o péptidos producidos por algunas bacterias y que poseen actividad antimicrobiana, letal o inhibidora, frente a grupos bacterianos estrechamente relacionados con los que las producen. Su naturaleza química permite que puedan ser consideradas conservadores naturales.

Conservadores Biológicos en Alimentos I

Los alimentos pueden deteriorarse por varios tipos de agentes, físicos, químicos y biológicos. Los agentes biológicos incluyen desde insectos a virus. Los agentes más frecuentes, de tipo biológico, que deterioran los alimentos son las bacterias y mohos, ya que se encuentran en gran proporción en el aire, agua, suelo, piel de animales, vegetales y en los manipuladores de alimentos. La tecnología ha permitido que los alimentos se puedan consumir con fechas muy posteriores a su producción y/o elaboración, es decir, se prolonga la vida útil de los alimentos. Una de las armas más importantes que emplea la tecnología alimentaria en la prolongación de la vida útil de los alimentos es la utilización de conservadores. Los conservadores son sustancias de distinta composición que actúan inhibiendo la acción o el desarrollo y crecimiento de los agentes que deterioran los alimentos, principalmente enzimas, bacterias y mohos. En un principio se consideró que estas sustancias eran inofensivas para el consumidor pero con el avance de los conocimientos en salud humana y en tecnología de alimentos se ha comprobado que muchos de ellos son perjudiciales, habiendo establecido límites de aplicación o prohibición total de su aplicación, en algunos casos. Con este objetivo se ha elaborado, en casi todos los países, la lista positiva de aditivos que pueden ser empleados en la elaboración y conservación de alimentos.

La mayoría de los conservadores de alimentos son ácidos débiles o sus sales y esteres. Se diferencian, según su naturaleza

químicos, son ácidos, sales u otros compuestos puros o mezclados con otras sales, es el caso de los nitratos, sorbatos, benzoatos, etc.,

biológicos, son microorganismos que inhiben a otros microorganismos o sus metabolitos (antibióticos, ácidos débiles, etc.).

Los conservadores pueden ser bacteriostáticos y/o bactericidas, dependiendo de que causen la estabilidad de la población microbiana existente por impedir su crecimiento o que los destruyan y desaparezca la población microbiana.

Según la forma de aplicación, se pueden diferenciar los que se aplican externamente por baño o pulverización, caso de los cítricos y carcasas de animales, y los que se incorporan internamente como un componente más al alimento, casi todos los alimentos elaborados industrialmente.

En el caso de los conservadores de procedencia bacteriana, se les denomina conservadores biológicos o bioconservadores. Cuando la sustancia conservadora proviene de un microorganismo se aplica, en muchos casos, sin aislar el compuesto activo sino que se agrega el microorganismo completo, es el caso de las bacterias lácticas y levaduras que dirigen el proceso de elaboración y conservan los alimentos fermentados. En otros alimentos, en cambio, sí que se aíslan de los microorganismos los compuestos activos y se agregan sin necesidad de que toda la célula microbiana tenga que incluirse en el alimento, es el caso de las bacteriocinas o ácido láctico.

Debido a la mala imagen que poseen los conservadores químicos de los alimentos, por los múltiples estudios realizados sobre su toxicidad para el ser humano, existen prohibiciones de su empleo o límites de uso muy estrictos, según los casos. Por ejemplo, en los productos cárnicos crudos curados la aplicación de las sales de nitrato y nitrito está sometida a unos límites muy definidos, por su transformación posterior en precursores de nitrosaminas, pero su empleo no se puede evitar porque son los más potentes inhibidores de Clostridium botulinum . Si que se consigue reducir la cantidad que se agrega combinando su acción con la de otros conservadores como bacterias ácido lácticas.

Los conservadores se pueden clasificar, según la legislación de los EEUU, en cuatro grupos: (1) los que no están aprobados por la legislación, ácidos naturales, sales naturales, aceites, humo de madera; (2) los que se consideran no perjudiciales para la salud (GRAS); (3) los que se han aprobado legislativamente y regulados en su empleo; (4) los que no se han estudiado todavía respecto a su toxicidad.

Los conservadores que se han empleado tradicionalmente y que no se consideran perjudiciales proceden de plantas (ácido cítrico, especias), animales (lisozima) y los metabolitos procedentes de algunos microorganismos como las ácido lácticas y levaduras. La mayoría de compuestos orgánicos que se consideran interesantes como conservadores de alimentos proceden de los microorganismos fermentadores o asociados con alimentos fermentados, dado que éstos son un tipo de alimentos conservados por el proceso fermentativo

Ante los descubrimientos de los perjuicios que, la mayoría de conservadores químicos tienen para la salud del consumidor, se están imponiendo, desde hace décadas, los conservadores biológicos. El concepto de conservadores biológicos se aplica a las células microbianas enteras o sus metabolitos que se aplican como conservadores. En la mayoría de los casos, los microorganismos que se utilizan son bacterias lácticas ( en productos lácteos fermentados, productos cárnicos, pescado); pseudomonas para verduras frescas; levaduras y mohos en quesos.

Aceites esenciales Vegetales

Provienen de las flores, frutos, hojas, raíces, semillas y corteza de los vegetales. Son sustancias formadas por terpenoides volátiles, que a su vez están formados por unidades de isopreno unidas a carbonos (monoterpenoides y sesquiterpenoides). Son insolubles en agua, aunque sí son “arrastrables” por ella, solubles en alcohol, grasas y aceites vegetales. La exposición al aire provoca su oxidación.

Se pueden sintetizar los aceites de manera artificial, de hecho es la manera más habitual d e obtenerlos debido a la gran demanda de estos productos

Sus cualidades se llevan estudiando muchos años y se puede afirmar que producen efectos beneficiosos sobre diversos órganos, especialmente en los sentidos, así como sobre el sistema nervioso. Tienen propiedades calmantes, relajantes, antisépticas, antifúngicas, antidepresivas, antiespasmódicas o astringentes entre muchas otras. No obstante, su uso más habitual sigue siendo la perfumería.

Poco a poco el uso de estas sustancias se abre camino y empieza a formar parte de procesos importantes como su función conservante en alimentos, especialmente en los cárnicos, o por las propiedades insecticidas que poseen. En muchas ocasiones se utilizan para controlar, de una manera ecológica, algunas plagas que puedan aparecer.

Conservadores biológicos IV

Bacteriocinas.

Las bacteriocinas son proteínas o péptidos producidos por algunas bacterias y que poseen actividad antimicrobiana, letal o inhibidora, frente a grupos bacterianos estrechamente relacionados con los que las producen. Su naturaleza química permite que puedan ser consideradas conservadores naturales. Su síntesis se produce, generalmente, cuando las bacterias que las sintetizan se encuentran en situaciones de estrés. Como es habitual en las rutas metabólicas de los microorganismos, la síntesis de las bacteriocinas también depende del ecosistema, pH, potencial de óxido-reducción Eh, cantidad de nutrientes, fase de crecimiento, temperatura, oxígeno disponible.

Aunque las bacteriocinas se pueden sintetizar por levaduras, bacterias Gram-positivas y Gram-negativas, son las producidas por las bacterias ácido lácticas. las que han recibido mayor atención porque, además de conservar a los alimentos, provienen de un grupo bacteriano, por excelencia, saludable.

Se han aislado e identificado cientos de compuestos como bacteriocinas, si bien, solo parte de ellos se han estudiado como posibles bactericidas o bacteriostáticos. Las décadas de los 80 y 90 han sido muy prolíficas en este campo.

Se han dividido en dos grandes grupos o clases: Clase I o lantibióticos y Clase II que son pequeños péptidos estables al calor y no poseen lantionina. Las bacteriocinas de la Clase II son las más abundantes y las que presentan mayor posibilidad de aplicación como conservadores de todo tipo de alimentos.

En general, las aplicaciones de las bacteriocinas dependen de su especificidad y características de actividad según el medio en que se encuentran: pH, solubilidad, fuerza iónica del alimento y temperatura, sobre todo. No todas se comportan igual en un mismo medio.

Algunas tienen ventajas aplicables en la industria: las “lactococcinas” tienen aplicaciones tecnológicas, además de bactericidas, por la proteolísis que desarrollan con la liberación de sus enzimas intracelulares. En el caso de los quesos madurados tipo Cheddar se ha observado que la mayor proteolísis, con la consiguiente liberación de aminoácidos, disminuye el sabor amargo que producen los péptidos hidrofóbicos y, por tanto, tienen mejor aroma, así como, mejor textura en menor tiempo, ahorrando económicamente el proceso.

Las bacteriocinas se pueden introducir en un alimento de diferentes formas:

En alimentos fermentados como metabolito de los microorganismos utilizados como fermentadores.

Se pueden introducir como subproductos de la fermentación láctica (suero) en otros alimentos.

Se pueden agregar purificadas y concentradas directamente en un alimento.

Para que las bacteriocinas se puedan aplicar en un alimento deben ser:

No tóxicas.

Estables y muy activas en ese producto.

Poseer un amplio espectro de actividad antibacteriana.

No otorgar aromas ni sabores extraños al producto.

No ser cara y que sea fácil su uso..

Nisina.

Es la bacteriocina más conocida y aplicada desde hace décadas en alimentación. Es un polipéptido sintetizado por Lactococcus lactis. Está incluída en la clase I de bacteriocinas, es decir, es un lantibiótico. 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. La sensibilidad a la nisina varía de unas bacterias a otras. La dosis mínima de eficacia no es siempre la misma.

Desde 1981 está permitida en EEUU como conservador para prevenir el desarrollo y crecimiento de Clostridium botulinum y, por tanto la producción de la toxina botulínica, en la elaboración de quesos pasteurizados.

Las grandes ventajas que ofrece la nisina como conservador son:

Resistencia térmica. Permite su aplicación a productos enlatados y conservados a altas temperaturas. Mediante la acción de la nisina, se reduce la temperatura de tratamiento, o bien, manteniendo la misma temperatura de tratamiento reduce la contaminación previa del alimento a procesar.

Estable a pH bajo ( menor de 6).

Síntesis a lo largo de todo el ciclo de desarrollo del Lactococcus, no sólo en la fase exponencial, como otras bacteriocinas. Esto permite que, aunque haya terminado la fase de crecimiento de la población láctica, se siga sintetizando la nisina en los alimentos que se encuentren estas bacterias.

Tiene el inconveniente de que los alimentos ricos en grasa, ésta disminuye su eficacia. También debe tenerse en cuenta que, como las bacteriocinas son proteínas, no debe agregarse nisina a los alimentos que contengan enzimas proteolíticos o microorganismos que tengan estos enzimas. La nisina se puede destruir por la nisinasa de Bacillus cereus y por la quimotripsina.

Se ha comprobado que la nisina es eficaz frente a Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes. La nisina está considerada como GRAS y se aplica a distintos alimentos. Las posibilidades del uso de la nisina como conservador natural ha permitido su empleo en la industria quesera, cárnica, de conservas por calor y tiene un gran futuro en la industria cervecera por inhibir durante la fermentación de la malta las bacterias Gram-positivas que inhiben a las levaduras fermentadoras y se adueñan del proceso. No obstante, sus aplicaciones, tienen que ser aprobadas por las legislaciones correspondientes. Actualmente, se comercializa bajo distintas marcas, empleándose para prevenir patógenos y alteraciones en distintos alimentos, según países.

Productos antimicrobianos producidos por las bacterias ácido lácticas (LAB).

Producto

Productor


Ácido láctico

Todas las BAL


Ácido acético

BAL heterofermentadoras

Peróxido de hidrógeno

Todas las LAB

Alcoholes

BAL heterofermentadoras

Dióxido de carbono

BAL heterofermentadors

Diacetilo

Lactococcus spp.

Reuterina

Lactobacillus reuteri

Bacteriocinas

Clase I de bacteriocinas

Nisina

Lactococcus lactis

Clase II de bacteriocinas

Sakacina P

Lactobacillus sake

Sakacina K

Lactobacillus sake

Curvacina A/ Sakacina A

Lactobacillus curvatus

Carnobacteriocina A

Carnobacterium piscicola

Pediocina

Pediococcus acidilactici

AcH/PA-1/SJ-1

Pediococcus parvulus

Lactobacillus plantarum

Leucosina A/B- Talla

Leuconostoc gelidum

Leuconostoc carnosum

Mesentericina Y 105

Enterocina A

Enterocina B

Enterocina P

Leuconostoc mesenteroides

Enterococcus faecium

Enterococcus faecium

Enterococcus faecium

La curvacina A y la sakacina A,P y K, producidas, respectivamente, por Lactobacillus curvatus y Lactobacillus sakei aislados de productos cárnicos, son muy eficaces para inhibir Listeria monocytogenes . La PediocinaA-1/CHA producida por Pediococcus acidilactici, Pediococcus parvulus y Lactobacillus plantarum, inhibe el crecimiento de Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes y Clostridium perfringens . En embutidos curados secos, la utilización de las bacteriocinas, JDI-23, la PAC 1.0, producidas por Pediococcus acidilactici y la MSC, producida por Lactobacillus plantarum, reducen la población de Listeria monocitogenes.

Conclusiones

La aplicación de bioconservadores en la industria alimentaria está salvando de muchos problemas de contaminaciones patógenas al consumidor y de deterioro a los alimentos. La principal fuente de bioconservadores para alimentos, al menos la más utilizada, es el grupo de bacterias ácido lácticas que, como se ha descrito a lo largo de este capítulo, es muy diversa y amplia, con gran cantidad de sustancias que elaboran con su metabolismo. Esta “panacea” de conservación de alimentos, junto a las características que manifiestan de prevención de ciertas enfermedades y deterioros fisiológicos para el hombre, ha dado lugar a que las bacterias lácticas más interesantes como adyuvantes tecnológicos, conservadores y de la salud de los consumidores se les denomine probiotas . Los alimentos que se fermentan o enriquecen con probiotas se están considerando funcionales, es decir, buenos para la salud humana: yogures líquidos y sólidos, vegetales fermentados, productos cárnicos fermentados, etc. Todas las cepas de bacterias ácido lácticas que se emplean en la elaboración de estos alimentos han sido previamente seleccionadas, no sólo, por sus características tecnológicas sino, también, por sus características conservadoras del producto y por su capacidad de beneficiar la fisiología del consumidor. Desde los años 80, se están manipulando muchas de estas bacterias genéticamente para potenciar aquellas vías metabólicas que más interesan por sus beneficios para la salud humana. El consumidor es cada día más exigente con la alimentación y la tecnología de alimentos investiga, día a día, cómo mejorar la nutrición y contentar al consumidor. Aún quedan muchos microorganismos por investigar y muchas rutas metabólicas que, en el futuro se pueden conocer y mejorar:

Alimentos muy sanos, bien conservados, sin sustancias tóxicas.

Nutritivos, que aporten el mayor número de micronutrientes que se necesitan para alimentarse y funcionar bien.

Beneficiosos que prevengan de disfunciones fisiológicas que pueden degenerar en enfermedades graves.

Conservadores biológicos III

Desde hace miles de años, el hombre ha producido y consumido una gran variedad de alimentos fermentados, lácteos, vegetales, cárnicos, pescado y cereales. A pesar de no estar controlados estos procesos daban lugar a alimentos saludables con buenas características nutritivas e higiénicas. Con los avances de la ciencia y tecnología de alimentos, en el mundo desarrollado, se procesan estos alimentos de forma dirigida, con los microorganismos más adecuados en cada tipo de producto y las condiciones del proceso de elaboración muy controladas para poder obtener los metabolitos que más nos interesan desde el punto de vista organoléptico y sanitario. Gracias a los conocimientos que se poseen sobre los beneficios sanitarios de los productos fermentados por las bacterias lácticas, las investigaciones se han enfocado en los últimos 20 años sobre estos aspectos( sin olvidar que su primera función es tecnológica, puesto que transforma la materia prima, y conservadora, mediante la inhibición de otros microorganismos patógenos), dando lugar a que se consuman como alimentos preventivos de ciertos desequilibrios fisiológicos que desembocan en enfermedades graves coronarias, intestinales, cancerígenas, etc. y, por tanto, potenciadores de la salud. Como conservadores biológicos, las bacterias ácido lácticas no tienen bien definido el mecanismo específico por el que inhiben a otros microorganismos. En su desarrollo producen gran variedad de metabolitos, la inhibición es un efecto de la acción conjunta de todos estos productos. Según la naturaleza del medio donde se desarrollan, será más eficaz como antimicrobiano un metabolito u otro. Las células vivas de las bacterias lácticas producen todos los compuestos que actúan como inhibidores de otros microorganismos y, normalmente, se agregan las células vivas que producen todas las sustancias deseables, siendo los bioconservadores por excelencia.Los compuestos que actúan como conservadores son:

Ácidos orgánicos.
Láctico.- Es el principal producto resultante del metabolismo fermentativo de estas bacterias y le otorga el nombre al grupo. Es el responsable de la disminución del valor del pH en su medio ambiente y, por tanto, un modo de antagonismo para muchos otros microorganismos. Además de la disminución del pH, la cadena no disociada del ácido ejerce un efecto antimicrobiano por colapsar el gradiente electroquímico de transporte de protones causando efectos bacteriostáticos y muerte de las bacterias más susceptibles. El ácido láctico se aplica aislado en la conservación de carnes envasadas al vacío, en las carcasas de pollo y carnes rojas.
Ácidos propiónico y acético- Se producen en menor cantidad, prácticamente trazas. Su síntesis depende de los factores ambientales de desarrollo, en Leuconostoc, la producción de ácido acético depende de la cantidad de oxígeno libre utilizable.
Al igual que el ácido láctico, los ácidos acético y propiónico interaccionan con la membrana celular de los otros grupos microbianos, neutralizando el potencial electroquímico. Los ácidos acético y propiónico tienen unos valores de disociación pK más altos que el ácido láctico a un mismo valor de pH, lo que permite que tengan mayor efecto antibacteriano.
El ácido acético también puede causar la desnaturalización de las proteínas internas y reducen los valores intracelulares de pH en ciertos clostridios. El ácido propiónico afecta a las membranas celulares de ciertos mohos causando la inhibición del transporte de aminoácidos.
Ambos ácidos, propiónico y acético son muy empleados como conservadores en la industria de alimentos pero su origen no suele ser a partir de las bacterias lácticas. En los alimentos fermentados se ha comprobado que el ácido acético es sinérgico con el ácido láctico en sus efectos antibacterianos.
Algunos lactobacilos y lactococos tienen actividad lipolítica y bajo las condiciones adecuadas, producen ácidos grasos en concentraciones que llegan a ser antimicrobianas y, a la vez, también influyen en las características sensoriales del producto. Se producen en los productos fermentados como embutidos cárnicos y lácteos. Los ácidos grasos con mayor efecto antimicrobiano son los de 12-16 átomos de carbono. Su actividad es parecida a la de los detergentes.
Los lactococos, lactobacilos y leuconostoc, producen diacetilo por la fermentación del citrato. Esta propiedad metabólica se emplea para la elaboración de algunos productos lácteos fermentados a los que otorga el aroma y sabor. Esta característica de otorgar aroma, hace que su empleo como conservador no esté extendido, puesto que es más bajo el umbral de detección del aroma que el necesario para inhibir a los microorganismos.
Gran cantidad de bacterias ácido lácticas son capaces de producir peróxido de hidrógeno durante su metabolismo. Estas bacterias no producen catalasa para disociar el peróxido de hidrógeno pero poseen un sistema flavoproteina oxidasa que reacciona con el dioxígeno Los niveles de peróxido de hidrógeno pueden llegar a autoinhibir cultivos de lactobacilos y lactococos, en algunos casos. En los medios sólidos donde las células lácticas están tan próximas, el peróxido de hidrógeno puede dar lugar a la formación de superóxido (O2) y radicales hidroxilo (OH) que son potentes sistemas antimicrobianos. La lactoperoxidasa es un sistema de actividad antimicrobiana que ocurre de forma natural en la leche y consiste en que el sistema tiocianato es oxidado por el peróxido de hidrógeno para producir el radical antimicrobiano hipotiocianato y ácido tiocinoso. El complejo lactoperoxidasa se ha empleado con éxito en la conservación de la leche, queso y en otros productos lácteos para inhibir los microorganismos patógenos, usando peróxido de hidrógeno agregado.
La capacidad del peróxido de hidrógeno producido por las bacterias ácido lácticas para la conservación de alimentos es limitada porque existen muchos factores que intervienen: la utilidad del oxígeno presente, la presencia de diferentes niveles de superóxido dismutasa y catalasa. Además, la oxidación natural del peróxido de hidrógeno y los radicales libres que se forman, como consecuencia, ejercen unos efectos muy notables en la calidad sensorial, causando el enranciamiento de las grasas y aceites, así como, reacciones de decoloración y, bajo ciertas condiciones, producen aldehídos activos.
La reuterina ( 3-hidroxipropionaldehído) la produce Lactobacillus reuteri en condiciones de crecimiento anaerobias con glicerol presente. El espectro inhibidor de la reuterina incluye a las bacterias Gram-positivas, Gram-negativas, levaduras, incluso a Trypanosoma cruzi, parásito intestinal. La producción de reuterina se estimula con el contacto directo de las células de L. reuteri con microorganismos heterólogos.

Bacteriocinas-Proteínas o péptidos sintetizados por algunas bacterias acidolácticas capaces de inhibir el desarrollo de otras bacterias relacionadas con ellas

Conservadores biológicos II

Ante los descubrimientos de los perjuicios que, la mayoría de conservadores químicos tienen para la salud del consumidor, se están imponiendo, desde hace décadas, los conservadores biológicos. El concepto de conservadores biológicos se aplica a las células microbianas enteras o sus metabolitos que se aplican como conservadores. En la mayoría de los casos, los microorganismos que se utilizan son bacterias lácticas ( en productos lácteos fermentados, productos cárnicos, pescado); pseudomonas para verduras frescas; levaduras y mohos en quesos.

Los alimentos fermentados se consumen en gran cantidad desde los años 70, principalmente, yogures, embutidos fermentados, kéfir y, en algunas culturas orientales, kumiss y tofu. Precisamente, la razón de su gran consumo es porque los consumidores los consideran muy saludables y naturales. No les importa comer millones de microorganismos vivos porque saben que no les perjudican sino, al contrario, les beneficia. Por ese motivo, actualmente, se introducen estos microorganismos beneficiosos en otros alimentos que no son fermentados para conservarlos y aumentar su potencial como saludables.
Las propiedades antibacterianas de algunos microorganismos han centrado el interés de los investigadores en alimentación en las últimas décadas. Como resultado, han surgido diversos tipos de biocontrol para la conservación de alimentos. Los modos de inhibición del crecimiento bacteriano no deseado (los contaminantes que queremos inhibir) por parte de los microorganismos que empleamos como conservadores varían desde competitividad por los nutrientes a la producción de metabolitos capaces de inhibir el crecimiento de otras bacterias: peróxido de hidrógeno, bacteriocinas, ácidos, antibióticos.
Los microorganismos más empleados como conservadores, actualmente, son las bacterias lácticas. Para un buen desarrollo de las bacterias lácticas utilizadas como conservadoras es necesario que existan azúcares, una Eh (potencial de oxidorreducción) no elevada, y que se multipliquen rápidamente para que se adueñen del ecosistema. Los azúcares que se agregan a los alimentos que van a ser fermentados, tienen que ser metabolizados por las bacterias lácticas, en ello se basa el proceso fermentativo, dando lugar a una serie de ácidos débiles que, con su poder acidificante, inhibirán a aquellos microorganismos no capaces de soportar este tipo de ambiente ( casi todos los patógenos), además de otorgar el sabor típico de estos productos. Debido a las rutas fermentativas de las bacterias lácticas, se emplean determinados azúcares, los denominados prebiotas como potenciadores del desarrollo de estas bacterias conservadoras de alimentos. El bajo Eh permite que las bacterias ácido lácticas crezcan más rápidamente que otras fermentadoras aerobias gracias a que las ácido lácticas son microaerófilas.