La biopreservación es el uso de microbiota o antimicrobianos naturales o controlados como forma de conservar los alimentos y alargar su vida útil . [1] La bioconservación de alimentos, especialmente utilizando bacterias del ácido láctico (BAL) que inhiben los microbios que deterioran los alimentos, se ha practicado desde edades tempranas, al principio de manera inconsciente, pero eventualmente con una base científica cada vez más sólida. [2] Las bacterias beneficiosas o los productos de fermentación producidos por estas bacterias se utilizan en la bioconservación para controlar el deterioro y inactivar los patógenos en los alimentos. [3] Existen varios modos de acción a través de los cuales los microorganismos pueden interferir con el crecimiento de otros, como la producción de ácido orgánico, lo que resulta en una reducción del pH y la actividad antimicrobiana de las moléculas de ácido no disociadas, una amplia variedad de pequeños inhibidores. moléculas que incluyen peróxido de hidrógeno, etc. [2] Es un enfoque ecológico benigno que está ganando cada vez más atención. [1]
De especial interés son las bacterias del ácido láctico (LAB). Las bacterias del ácido láctico tienen propiedades antagónicas que las hacen particularmente útiles como bioconservantes. Cuando las BAL compiten por nutrientes, sus metabolitos a menudo incluyen antimicrobianos activos como el ácido láctico y acético, el peróxido de hidrógeno y las bacteriocinas peptídicas . Algunas BAL producen el antimicrobiano nisina , que es un conservante particularmente eficaz. [4] [5]
Hoy en día, las bacteriocinas LAB se utilizan como parte integral de la tecnología de obstáculos . Su uso en combinación con otras técnicas de conservación puede controlar eficazmente las bacterias perjudiciales y otros patógenos, y puede inhibir las actividades de un amplio espectro de organismos, incluidas las bacterias Gram-negativas inherentemente resistentes ." [1] Las bacterias del ácido láctico y las propionibacterias han sido ampliamente estudiadas por su eficacia contra el deterioro que provocan levaduras y mohos en el deterioro de los alimentos [6] .
Además de las bacterias del ácido láctico, también se ha informado que las levaduras tienen un efecto de bioconservación debido a sus actividades antagonistas que dependen de la competencia por los nutrientes, la producción y la tolerancia a altas concentraciones de etanol, así como la síntesis de una gran clase de compuestos antimicrobianos. exhibiendo un amplio espectro de actividad contra microorganismos que deterioran los alimentos, pero también contra patógenos vegetales, animales y humanos. [11]
Una bacteria/levadura que sea candidata adecuada para su uso como bioconservante no necesariamente tiene que fermentar el alimento. Sin embargo, si las condiciones son adecuadas para el crecimiento microbiano, entonces una bacteria bioconservadora competirá bien por los nutrientes con las bacterias patógenas y de deterioro del alimento. Como producto de su metabolismo, también debería producir ácidos y otros agentes antimicrobianos, particularmente bacteriocinas. Las bacterias bioconservantes, como las bacterias del ácido láctico, deben ser inofensivas para los humanos. [3]
Los bacteriófagos (del griego, "devorador de bacterias"), o simplemente fagos, son virus que infectan las bacterias. [12] La mayoría de los bacteriófagos conocidos exhiben un genoma de ADN bicatenario dentro de la cápside del virión y pertenecen al orden de los fagos con cola, Caudovirales. Los fagos con cola se pueden dividir en tres familias: Podoviridae, que se caracterizan por tener colas muy cortas; Myoviridae, que exhibe colas más largas, rectas y contráctiles; y Siphoviridae, que pueden identificarse por sus colas largas y flexibles. Otro grupo de fagos bien estudiado con muchas aplicaciones, aunque menor en términos de diversidad de especies, está representado por fagos filamentosos que exhiben un genoma de ADN monocatenario decorado por una capa de proteína helicoidal que rodea la molécula de ADN. [12] Los bacteriófagos se distribuyen de forma ubicua en la naturaleza y también pueden aislarse de la microflora asociada a humanos o animales. Superan en número a sus especies hospedadoras bacterianas por un factor de diez, lo que representa las entidades autorreplicantes más abundantes en la tierra con un estimado de 1031 fagos en total. [13] La idea de utilizar fagos contra bacterias no deseadas se desarrolló poco después de su descubrimiento. Con las mejoras en la química orgánica durante la década de 1950, la exploración y el desarrollo de antibióticos de amplio espectro desplazaron el interés en la investigación de bacteriófagos. Varios laboratorios han estado probando la idoneidad de aislados de bacteriófagos para controlar ciertos patógenos bacterianos. Se han logrado avances significativos en esta investigación en el Instituto de Bacteriófagos en Tbilisi, Georgia, donde la terapia con fagos se aplica de forma rutinaria en el campo de la investigación médica. Hoy en día, el tratamiento de bacterias resistentes a los antibióticos es una tarea desafiante. Recientemente, la investigación sobre los bacteriófagos ha cobrado un impulso adicional a la luz de la identificación de patógenos de enfermedades infecciosas resistentes a los antibióticos, en las que la aplicación de antibióticos no funciona eficazmente, por lo que se está revisando intensamente la investigación sobre la aplicación de los bacteriófagos. [12] Los bacteriófagos han recibido recientemente un estatus generalmente reconocido como seguro debido a su falta de toxicidad y otros efectos perjudiciales para la salud humana para su aplicación en productos cárnicos en EE. UU. [14]
Se han comercializado y aprobado preparaciones de fagos específicos para los serotipos L. monocytogenes, E. coli O157:H7 y S. enterica para su aplicación en alimentos o como parte de protocolos de descontaminación de superficies. [14]
En el procesamiento de carne, la bioconservación se ha estudiado ampliamente en productos cárnicos fermentados y productos cárnicos listos para comer. [15] [16] [17] El uso de población microbiana nativa o introducida artificialmente para mejorar la salud y la productividad animal, y/o reducir los organismos patógenos, se ha denominado enfoque de mejora probiótica o competitiva. [18] Las estrategias de mejora competitiva que se han desarrollado incluyen la exclusión competitiva, la adición de un suplemento microbiano (probiótico) que mejora la salud gastrointestinal y la adición de un nutriente limitante no digerible por el huésped (prebiótico) que proporciona un microbiano comensal existente (o introducido). población una ventaja competitiva en el tracto gastrointestinal. [16] Cada uno de estos enfoques utiliza las actividades del ecosistema microbiano nativo contra los patógenos aprovechando la competencia microbiana natural. En términos generales, las estrategias de mejora competitiva ofrecen un método "verde" natural para reducir los patógenos en el intestino de los animales destinados al consumo. [dieciséis]
Los productos pesqueros son una fuente de una amplia variedad de nutrientes valiosos, como proteínas, vitaminas, minerales, ácidos grasos omega-3, taurina, etc. Sin embargo, los productos pesqueros también están asociados con intoxicaciones e infecciones humanas. Aproximadamente entre el 10 y el 20% de las enfermedades transmitidas por los alimentos se atribuyen al consumo de pescado. [19] Los cambios en la demanda de los consumidores han hecho que el atractivo de los procesos tradicionales aplicados a los productos del mar (por ejemplo, salazón, ahumado y enlatado) sea menor en comparación con las tecnologías suaves que implican un menor contenido de sal, una menor temperatura de cocción y envasado al vacío (VP)/envasado en atmósfera modificada (MAP). . Estos productos, diseñados como productos pesqueros ligeramente conservados (LPFP), generalmente se producen a partir de mariscos frescos y un procesamiento posterior aumenta el riesgo de contaminación cruzada. [19] Estos tratamientos más suaves generalmente no son suficientes para destruir los microorganismos y, en algunos casos, se pueden desarrollar bacterias patógenas psicotolerantes y bacterias de descomposición durante la vida útil prolongada del LPFP. Muchos de estos productos también se consumen crudos, por lo que minimizar la presencia y prevenir el crecimiento de microorganismos es fundamental para la calidad y seguridad de los alimentos. [19] La seguridad microbiana y la estabilidad de los alimentos se basan en la aplicación de factores conservantes llamados obstáculos. [20] La delicada textura y sabor de los mariscos son muy sensibles a las tecnologías de descontaminación como la cocción y tecnologías suaves más recientes como la luz pulsada, la alta presión, el ozono y el ultrasonido. Los conservantes químicos, que no son procesos sino ingredientes, han perdido el favor de los consumidores debido a la demanda de conservantes naturales. Una solución alternativa que está ganando cada vez más atención es la tecnología de biopreservación. [20] [21] [22] En el procesamiento de pescado , la bioconservación se logra agregando antimicrobianos o aumentando la acidez del músculo del pescado. La mayoría de las bacterias dejan de multiplicarse cuando el pH es inferior a 4,5. [19] Tradicionalmente, la acidez se ha incrementado mediante fermentación , marinado o añadiendo directamente ácido acético, cítrico o láctico a los productos alimenticios. Otros conservantes incluyen nitritos , sulfitos , sorbatos , benzoatos y aceites esenciales . [4] La razón principal de que haya estudios menos documentados sobre la aplicación de microorganismos protectores, bacteriófagos o bacteriocinas en productos pesqueros para su bioconservación en comparación con productos lácteos o cárnicos es probablemente que las primeras etapas de la bioconservación se han producido principalmente en alimentos fermentados que no están tan desarrollados entre los consumidores. productos del mar.[19] La selección de posibles bacterias protectoras en los productos del mar es un desafío debido al hecho de que necesitan adaptación a la matriz del marisco (pobres en azúcar y sus actividades metabólicas no deben cambiar las características iniciales del producto, es decir, por acidificación, y no inducir deterioro que podría conducir a un rechazo sensorial [19] Entre la microbiota identificada en productos del mar frescos o procesados, las BAL siguen siendo la categoría que ofrece el mayor potencial para la aplicación directa como cultivo bioprotector o para la producción de bacteriocinas.
Se han implementado con éxito diversas preparaciones de fagos en todo el mundo. Se han desarrollado varias aplicaciones/métodos de entrega en alimentos. Los bacteriófagos y sus endolisinas se pueden incorporar a los sistemas alimentarios de varias formas, como pulverización, inmersión o inmovilización, solos o en combinación con otros obstáculos. [23] La preparación de fagos LMP-1O2 se comercializó posteriormente como "ListShield" Intralyx, Inc. Se ha demostrado que es eficaz contra 170 cepas diferentes de " L. monocytogenes ", reduciendo significativamente (10 a 1000 veces) la tasa de Listeria. contaminación cuando se pulveriza sobre alimentos listos para el consumo, sin cambiar la composición general, el sabor, el olor o el color de los alimentos. [14] La empresa Intralytix también ha comercializado preparaciones antimicrobianas basadas en fagos como SalmoFresh y SalmoLyse para controlar S. enterica . [24] SalmoFresh se prepara con un cóctel de bacteriófagos líticos naturales que matan selectiva y específicamente la Salmonella, incluidas las cepas que pertenecen a los serotipos más comunes/altamente patógenos Typhimurium, Enteritidis, Heidelberg, Newport, Hadar, Kentucky y Thompson. Según el fabricante, SalmoFresh está diseñado específicamente para tratar alimentos con alto riesgo de contaminación por " Salmonella ". En particular, las carnes rojas y las aves se pueden tratar antes de triturarlas para reducir significativamente la contaminación por Salmonella. SalmoLyse es un cóctel de fagos reformulado derivado de SalmoFresh en el que se han reemplazado dos de los seis fagos del cóctel original. [24] Se han formulado y referenciado preparaciones de bacteriófagos adicionales para su uso para reducir la carga microbiana de los animales antes del sacrificio y están disponibles comercialmente en Omnilytics, como la línea de productos BacWash contra Salmonella Omnilytics. Se ha desarrollado otra aplicación comercial, Listex_ P100 por Micreos en los Países Bajos y la FDA y el USDA le otorgaron el estatus generalmente reconocido como seguro (GRAS) para su uso en todos los productos alimenticios. [23]
Otra aplicación comercial importante de bacteriófagos es ELICOSALI, una amplia gama de cócteles de fagos anti- Salmonella y " E. coli ", para el tratamiento de productos agrícolas desarrollado por el Instituto Eliava de Tbilisi, República de Georgia. [14]
La biopreservación explota juiciosamente el potencial antimicrobiano de los microorganismos que se encuentran naturalmente en los alimentos y/o sus metabolitos con una larga historia de uso seguro. Las bacteriocinas, los bacteriófagos y las enzimas codificadas por bacteriófagos entran en esta teoría. El largo y tradicional papel de las bacterias del ácido láctico en las fermentaciones de alimentos y piensos es el principal factor relacionado con el uso de bacteriocinas en la bioconservación. Las BAL y sus bacteriocinas se han consumido involuntariamente durante años, lo que establece una larga historia de uso seguro. Su espectro de inhibición antimicrobiana, modo de acción bactericida, tolerancia relativa a las condiciones de procesamiento (pH, NaCl, tratamientos térmicos) y la falta de toxicidad hacia las células eucariotas refuerza su papel como bioconservantes en los alimentos. [25] La evaluación de cualquier nuevo activo antimicrobiano la realiza el USDA en la carne, que se basa en la evaluación GRAS de la FDA, entre otros datos de idoneidad.