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Estudios sobre la inactivación, activación y germinación de especies esporuladas de interés en alimentos

Ruiz Artiga, Virginia
Condón Usón, Santiago (dir.) ; Mañas Pérez, María Pilar (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2021

Resumen: La producción de alimentos seguros y estables que conserven todas sus propiedades nutricionales y sensoriales sigue siendo el principal reto de la industria alimentaria, reto limitado en gran medida por la presencia de esporos bacterianos en los alimentos. Estas células se caracterizan por su carácter ametabólico y su extrema resistencia frente a agentes tanto físicos como químicos. Los esporos son una forma de resistencia que poseen algunas bacterias para garantizar la supervivencia de la población. Cuando las condiciones ambientales son adecuadas, los esporos vuelven al estado metabólico a través de la germinación. Sin embargo, no todos ellos responden a los mismos estímulos y/o al mismo tiempo, de hecho, existen esporos, denominados superlatentes, que necesitan de un estímulo adicional para germinar.
En la actualidad tan solo los tratamientos muy intensos, especialmente los tratamientos térmicos, son capaces de inactivar eficientemente estas células. Hay aspectos que todavía no se conocen con profundidad como son la presencia de fenómenos de hombro en las gráficas de supervivencia donde, en algunos casos, el recuento puede llegar a aumentar durante los primeros instantes del tratamiento. Se cree que estos perfiles podrían deberse parcialmente a fenómenos de daño y reparación celular y también a la activación de esporos superlatentes. Sin embargo, se desconoce si la duración de estos hombros puede predecirse de alguna manera, permitiendo calcular de forma segura los tiempos de esterilización a nivel industrial. Tampoco se ha estudiado con detalle el fenómeno de activación por calor.
No obstante, los tratamientos térmicos producen alteraciones nutricionales y sensoriales en los alimentos, por lo que en las últimas décadas se ha dedicado mucho esfuerzo en desarrollar nuevas tecnologías de conservación de alimentos que preserven sus propiedades, aunque hasta la fecha, ninguna de ellas ha demostrado ser suficientemente eficaz en la inactivación de esporos. Es por ello que una estrategia de conservación propuesta consiste en inducir la germinación de los esporos para, posteriormente, inactivarlos con un tratamiento menos severo. Sin embargo, esta estrategia ha probado ser muy compleja debido a la falta de conocimiento acerca del proceso de germinación de los esporos.
En resumen, quedan todavía muchas cuestiones sin resolver acerca de la activación, germinación e inactivación de los esporos bacterianos. Por tanto, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido aportar conocimientos acerca de distintos aspectos de los esporos bacterianos con el fin de poder facilitar el diseño de nuevos tratamientos de conservación de alimentos.
En primer lugar, se estudió el fenómeno de hombro de las curvas de supervivencia por calor en distintas bacterias esporuladas y se observó que la duración de estos hombros estaba relacionada con el valor D y que la relación Sl/D era característica de cada microorganismo e independiente de la temperatura de tratamiento. Este nuevo parámetro facilita el cálculo fiable de tiempos de tratamiento térmico. De todas las especies estudiadas, G. stearothermophilus fue la que mostró un mayor valor del parámetro Sl/D. Para este microorganismo se demostró que el parámetro Sl/D se veía afectado por la temperatura de esporulación, siendo mayor a la temperatura óptima. El efecto del pH del medio de tratamiento era menor.
Se constató que G. stearothermophilus mostraba un aumento del recuento al inicio del tratamiento, lo que se ha relacionado con la activación de esporos superlatentes, que supone un gran problema a nivel industrial por la dificultad de detectarlos con los métodos microbiológicos convencionales. Dada la importancia del fenómeno de activación, se puso a punto un protocolo de esporulación con el que se obtenía una suspensión de G. stearothermophilus con un 90% de esporos superlatentes y se estudió el efecto de distintos tratamientos en la activación y posterior germinación de los esporos obtenidos. Además, para estudiar las cinéticas de activación térmica, se desarrolló una nueva ecuación matemática que permitía describir la fase de activación. Esta nueva ecuación describía con precisión los hombros debidos a la activación de esporos superlatentes.
Por otro lado, es importante considerar que los esporos una vez germinados son mucho más sensibles a los tratamientos de conservación de alimentos. Es por ello, que en esta Tesis Doctoral se ha dedicado un gran esfuerzo a estudiar los aspectos fisiológicos implicados en la germinación, para lo que fue necesario poner a punto metodologías para evaluar daños en algunas estructuras celulares. Los resultados obtenidos muestran que durante el proceso de germinación se producen algunos cambios en los esporos, como la permeabilización de la membrana interna, fenómeno que no había sido descrito previamente. Además, dichos cambios eran dependientes del agente germinante.
Posteriormente, se evaluó la resistencia de los esporos en distintas fases de la germinación a tres tecnologías: calor, PEAV y radiación UV y se observó que los esporos parcialmente germinados eran más resistentes frente a las tres tecnologías que las células vegetativas y que la pérdida de resistencia tenía lugar en momentos diferentes de la germinación, en función de la tecnología empleada y del agente germinante al que habían estado expuestos.
Por último, se estudió también el efecto de la temperatura de esporulación en la germinación y se observó que una mayor temperatura de esporulación daba como resultado esporos con mayor capacidad de germinación, frente a diferentes agentes germinantes. Además, se observó que estos esporos obtenidos a mayor temperatura tenían una membrana interna más permeable, aunque no fue posible detectar cambios en su fluidez.

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