Microbiología de los Cereales y sus Productos PDF

 *maíz, cebada, avena, centeno, sorgo, mijo y otros cereales Demanda mundial de cereales *  El pronóstico sobre la utilización mundial de cereales en 2024/2025,...

 *maíz, cebada, avena, centeno, sorgo, mijo y otros cereales Demanda mundial de cereales *  El pronóstico sobre la utilización mundial de cereales en 2024/2025, es de aproximadamente 2,852 millones de toneladas. Para cumplir con las futuras demandas, la producción debería incrementarse para 2050 (se pronostica la demanda de 3000 millones de toneladas).  Se estima que las pérdidas de granos comestibles oscilan entre el 10 y el 25 % de la cosecha.  En algunas regiones de África y América Latina las pérdidas globales en poscosecha de granos, cereales y leguminosas pueden llegar hasta 50 % de las cantidades cosechadas.  Las causas más comunes por las cuales se producen estas pérdidas son: 1. infestación de parásitos e insectos durante el procesamiento poscosecha 2. pérdida de producción debido a la cosecha temprana; 3. niveles incorrectos de humedad para el trillado, molido y pulverizado 4. pérdidas físicas debido a las malas técnicas de procesamiento, tanto preliminar como secundario  Campo ◦ Polvo ◦ Agua ◦ Plantas enfermas ◦ Insectos ◦ Suelo ◦ Excretas animales  Los tipos de microorganismos dependerán de: ◦ La resistencia del grano ◦ Las condiciones a las que se exponen ◦ Condiciones climatológicas: las condiciones húmedas y calientes van a promover el crecimiento microbiano en los granos  En las superficies del grano hay gran cantidad de especies, sólo unos pocos podrán invadirlo  En el campo los hongos invaden los granos mientras se están desarrollando en la planta, o después de que han madurado.  En trigo y cebada: ◦ Alternaria ◦ Fusarium ◦ Helminthosporium ◦ Cladosporium  En arroz: ◦ Alternaria ◦ Curvularia ◦ Fusarium ◦ Algunos otros de campo, pero también de almacén como: Aspergillus, Penicillium y Rhizopus ◦ Bacterias: Pseudomonas y Bacillus  En maíz: ◦ Fusarium ◦ Alternaria ◦ Cladosporium ◦ Helminthosporium  Hongos de campo ◦ Invaden el grano en el campo y producen daño antes de la cosecha ◦ Requieren sustratos con contenido de humedad en equilibrio con H.R. del 90 % o mayor (contenidos de humedad de 20-25%) ◦ Mueren lenta o rápidamente en el almacén ◦ Los más comunes son: Alternaria, Cladosporium, la mayoría de las especies de Fusarium, Helminthosporium y la multitud de hongos que se involucran en la pudrición de la mazorca ◦ Algunas, como algunas especies de Penicillium, de Fusarium y levaduras, invaden las semillas antes de la cosecha y continúan creciendo, causando daño a semillas almacenadas con contenidos de humedad en equilibrio con H.R. de 85-90%. ◦ Pueden causar  manchado de grano  Fusarium tiñe el grano de rosa a gris, lo deforma y tiene apariencia harinosa. Algunas especies producen pudrición de la mazorca y micotoxinas  Hongos de almacén ◦ No invaden el grano antes de la cosecha ◦ Crecen en materiales con contenidos de humedad en equilibrio con H.R. del 70-75% (contenidos de humedad de 13-20 % en cereales) ◦ Entre los más importantes están Aspergillus glaucus, Aspergillus candidus, Aspergillus ochraceus. ◦ Cuando la humedad de los granos llega a valores cercanos a los límites inferiores requeridos por los hongos, éstos invaden preferentemente y en ocasiones exclusivamente al germen  Como el caso de germen dañado del trigo por A. restrictus , A. glaucus y A. candidus ◦ Inician el deterioro y causan:  Daño al germen con reducción del vigor y poder de germinación  Manchado del grano  Ojo azul en el maíz: masas de esporas de Penicillium (20 %H, T=5-10 °C) o Aspergillus (14.5-15.5 %H, T=10-15 °C) sobre la superficie del germen  Germen café o negro de maíz o trigo es evidencia de la muerte del germen por cualquier causa, pero principalmente por hongos  En trigo el germen dañado ocasiona  Germen quebradizo pudiendo pasar a la harina  Alto contenido de grasa y lipasas producto de la acción del hongo, que produce rancidez en la harina almacenada  Pecas en la harina  Malos olores y compactación A contenidos de humedad superiores al 15 % el hongo sale del grano y pasa a otros que, junto con la humedad, ocasiona compactación de los granos provocando aromas característicos “a moho”.  Calentamiento e ignición  El exceso de humedad durante el almacenamiento permite que los hongos se desarrollen y produzcan calor más rápido de lo que éste se disipa.  A. glaucus Al 15-15.5 %H incrementar T A. restrictus produce y H, también 14-14.5 %H calor y lo hace la calentamiento humedad velocidad de no detectable crecimiento A 16-17 %H A. candidus crece rápido con gran aumento de TyH Por metabolismo de microorganismos inicia calentamiento A. candidus y Hongos más químico* = ignición A. flavus a bacterias 18-18.5 %H termófilas 75 oC ocasionando 55 oC *oxidación de hidrocarburos de cadena corta  Si las humedades durante el almacenamiento son menores al 13 % los hongos de campo van muriendo  Normalmente hay pocos indicadores fecales al momento de la cosecha, a menos que haya actividad animal cercana  Bacillus subtilis y Bacillus cereus se encuentra en pequeñas cantidades  Cambios químicos El más importante que ocurre durante el almacenamiento es la producción de ácidos grasos libres. Detectar un aumento en acidez es indicativo de daño por hongo  Apropiadamente manejados las bacterias no crecen en los granos  Mecánicamente pueden acarrear células viables si el grano se expone a contaminación humana o animal, insectos, roedores, aves pudiendo introducir: ◦ Salmonella, Escherichia coli, Klebsiella ◦ En arroz se ha encontrado Bacillus cereus Aflatoxina Ac. Fusárico Ac. Penicillic Alternariol Fusariocina Penitrema Citreoviridina Fusarina Fomopsina Citrinina Islanditoxina Roridina Ac. Ciclopiazónico Luteoskirina Rubratoxina Deoxynivalenol Moniliformina Eslaframina Diacetoxiscirpenol Patulina Monoacetoxiscirpenol Esporidesmina Dicoumarol Neosolaniol Estachbotriotoxina Ergotamina Ochratoxina Zearalenona Esterigmatocistina Ergo Toxina Oosporeina T-2 Toxina Fumitremorgeno Paspalitrema Tremorgena Fumonisina Efecto Principales micotoxinas Inmunológico Aflatoxinas, tricotecenos, ocratoxina A (fumonisinas, zearalenona, alcaloides de ergot) Hematopoyético Aflatoxinas, tricotecenos Hepatotóxico Aflatoxinas, ocratoxinas, fumonisinas, Nefrotóxico Ocratoxinas, tricotecenos , fumonisinas En sistema reproductivo Zearalenona, alcaloides de ergot (alfatoxinas, T-2) Teratogénico Aflatoxina B1, ocratoxina A, T-2, zearalenona Neurotóxico DON, fumonisinas, alcaloides de ergot Carcinógeno Aflatoxinas, ocratoxina A, fumonisinas Dermonecrótico Tricotecenos  Actividad de agua ◦ Deteriorarán a los granos aquellos microorganismos capaces de crecer a niveles mínimos de Aw. Esto excluye a los hongos de campo ◦ Tanto el crecimiento como la esporulación requiere Aw específicas  A. glaucus u otra osmofílica esporulan a Aw 0.64-0.7  Penicillium de 0.80-1.00  El límite absoluto de Aw, 0.70, permitirá el crecimiento de los hongos de almacenamiento en periodos de dos años a una T de 21- 27 °C  Temperatura y oxígeno ◦ El crecimiento de los hongos depende de T, O 2 y Aw. Si dos son óptimos, el crecimiento va a ocurrir en el límite del tercero, pero el crecimiento es más lento en el límite del tercer factor cuando los otros dos no son los óptimos ◦ En límites de H y T, el efecto será un periodo lag prolongado seguido por crecimiento lento ◦ Si los periodos de almacenamiento van a ser cortos, se pueden tolerar T y H más elevadas, pero este grano será más susceptible en posteriores almacenamientos ◦ El control de la concentración de O 2 no es tan eficaz como el control de H y T ya que los hongos, aunque son aerobios, muchos pueden crecer con muy poco O 2  Limpieza: aspiración, cribado, uso de mesas gravimétricas. Reduce considerablemente la carga microbiana del grano  Proceso de molienda: separación del pericarpio y reducción del tamaño del endospermo ◦ Se elimina la mayor parte de la contaminación al remover el pericarpio ◦ las harinas tendrán menor carga microbiológica que el grano ◦ Las harinas de grano entero tendrán la misma carga que el grano ◦ El equipo aportará microorganismos si no está limpio ◦ Si hay insectos, éstos aportarán microorganismos. El número de fragmentos de insectos correlaciona con el número de microorganismos encontrados ◦ El agua de acondicionamiento puede aportar microorganismos  En harinas con 12 %H o menos no habrá crecimiento de microorganismos  Una humedad superior provocará el crecimiento. Fuentes de humedad: ◦ Condensación en superficies frías ◦ Limpieza inadecuada ◦ Humedad atmosférica  Durante el blanqueo de las harinas se agregan agentes oxidantes como hipocloritos que reducen la carga microbiana, pero no de esporas  Los valores regulares de bacterias y hongos por gramo en harina en el mercado son de 102-106 y 102-104, respectivamente  En harina con 15 %H crecerán hongos a una velocidad proporcional a la Aw y T  Los géneros de hongos más común son Aspergillus y Penicillium. Puede estar también Alternaria y Cladosporium, entre otros  Harinas con hongos tendrán valores elevados de ácidos grasos libres y presentan olores a moho  Las propiedades funcionales del gluten y del almidón se deteriorarán  El principal riesgo para la salud es la presencia de micotoxinas tanto en harinas de trigo como de maíz, las cuales provienen del grano entero  También es importante la presencia de Salmonella  Producción de harina Producción de harina 1. Deberán controlarse los insectos (insecticidas) 2. El grano deberá limpiarse apropiadamente 3. La maquinaria deberá limpiarse adecuada y regularmente 4. Deberá utilizarse hipoclorito de sodio (cloro 5 ppm) para el agua de acondicionamiento 5. La harina no deberá contener más de 14 % de humedad y preferiblemente no más de 12 % 6. El molino deberá tener un programa de control de insectos y roedores 7. Deberán limpiarse las áreas donde se manejan los productos secos, sin usar agua  El proceso térmico para su elaboración elimina a los microorganismos (Tint ≥ 100 °C). Pueden sobrevivir esporas de bacterias, siendo Bacillus subtillis la más importante en la deterioración del pan  La contaminación es posterior por: ◦ Aire ◦ Máquina cortadora ◦ Equipo de enfriamiento ◦ Empaque  La humedad del pan permite el crecimiento de bacterias formadoras de esporas como B. subtillis –causante de “rope” (olor a melón maduro y mucosidad)-, favorecido por: ◦ Enfriamiento lento o almacenamiento a T > 25 °C ◦ pH > 5 ◦ Alto nivel de esporas ◦ Humedad o regiones localizadas con alto contenido de humedad  Los hongos más frecuentes: ◦ Rhizopus nigricans ◦ Rhizopus stolonifer ◦ Penicillium expansum ◦ Aspergillus niger ◦ Mucor  Los riesgos más importantes en el pan es la presencia de micotoxinas ◦ En pan tricotecenos ◦ En tortilla aflatoxinas  Para el control de los microorganismos ◦ Controlar la Aw en la superficie del pan, empacándolo en material impermeable al vapor ◦ Evitar cambios de T que promuevan condensación ◦ Evitar una cuenta inicial de esporas altas usando filtros de aire en los lugares donde se empaca y rebana el pan  Se puede utilizar luz UV en las áreas críticas  Se pueden utilizar agentes antimicrobianos:  Propionato de sodio y de calcio al 0.1-0.32 %  Sorbatos al 0.1-0.32 %  Acidificación de las masas con ácido acético Semolina + agua Pasta (≈30 %H) extrusión secado lento (40 °C, 10-12 %H)  La pasta puede contener huevo o yema de huevo en 5.5 %, enriquecido con vitaminas, minerales o proteína de soya  No hay etapa de cocimiento  Las bacterias pueden crecer rápidamente durante las operaciones de mezclado y secado.  Las cuentas bacterianas varían de 103-107 por gramo  Es poco probable porque se distribuye seca  Salmonella que puede provenir del huevo representa un problema por la falta de procesamiento térmico (más bajas que las T de pasteurización)  La posible presencia de micotoxinas provenientes del grano es otro problema  Se ha reportado al espagueti seco como fuente de esporas de Clostridium perfringes  Deberán secarse lo más rápidamente posible después de mezclado para evitar crecimiento de Staphilococcus y Salmonella  Si se usa huevo se deberá analizar rutinariamente la cuenta total de mesófilos, de hongos, Staphilococcus aureus y Salmonella  Los problemas microbiológicos asociados son los relacionados con malos olores y alteraciones visibles causadas por el crecimiento de microorganismos ajenos a los que participan en la fermentación, durante la elaboración o en la cerveza terminada.  La cerveza no es un buen medio para el crecimiento de microorganismos, lo que se refleja en el escaso número de microorganismos capaces de crecer en ella.  Debido a 5 factores intrínsecos: ◦ Bajo pH ◦ Bajo pontencial de óxido-reducción ◦ Relativamente bajo contenido en nutrientes ◦ Presencia de etanol y otros metabolitos ◦ Presencia de las isohumulonas del lúpulo  Principales géneros de microorganismos alteradores de la cerveza Tipos Efectos Fuente de contaminación Bacterias ácido acéticas Oxidan el etanol a ácido acético. Acetobacter Equipos de (Acetobacteraceae): Acetobacter puede oxidar hasta CO2 y H2O, altera por almacenamiento, filtración y Gluconobacter acetificación, formación de filamentos, turbidez y y llenado mal higienizados. decoloración, malos sabores. Bacterias anaerobias Gram- Causan turbidez, malos sabores, olores a huevo Suelen provenir del inóculo negativas podrido. de levadura. Enterobacteriaceae. Puede causar malos sabores y aromas como los Se pueden aislar del mosto, fenólicos y “a legumbre”. Obesumacterium proteus se les llama “bacterias del puede reducir nitratos a nitritos formando mosto”, normalmente compuestos N-nitrosos sobreviven durante las etapas iniciales de la fermentación. Bacterias ácido lácticas Lactobacillus , produce un exceso de acidez, Ambos géneros, turbidez sedosa y malos aromas “a despensa” y ”a generalmente provienen de sucio” debido a la producción de 2,3-butanodiol. la levadura. Pedococcus, produce la “enfermedad sarcina” con producción de exceso de acidez, turbidez, sedimento granular, formación de filamentos y malos sabores y aromas por la formación de diacetilo Levaduras salvajes. Turbidez basta, exceso de gas y acidez, aparición Corrientes de aire, envases de malos aromas contaminados, plagas, operarios, materias primas, equipos. Zymomonas mobilis. Poco frecuente, densa turbidez, olor muy Suelo o agua. desagradable por la producción de acetaldehído y