La biopreservación es el uso de microbiota natural o controlada o antimicrobianos como una forma de conservar los alimentos y extender su vida útil . [1] La biopreservación de alimentos, especialmente utilizando bacterias de ácido láctico (BAL) que inhiben a los microbios que deterioran los alimentos, se ha practicado desde tiempos remotos, al principio de forma inconsciente pero con el tiempo 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 biopreservación para controlar el deterioro e inactivar los patógenos en los alimentos. [3] Hay 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 pequeñas moléculas inhibidoras que incluyen peróxido de hidrógeno, etc. [2] Es un enfoque ecológico benigno que está ganando cada vez más atención. [1]
Las bacterias lácticas (BAL) son de especial interés . Tienen propiedades antagónicas que las hacen particularmente útiles como bioconservantes. Cuando las BAL compiten por los 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 la nisina antimicrobiana , que es un conservante particularmente eficaz. [4] [5]
En la actualidad, las bacteriocinas LAB se utilizan como parte integral de la tecnología de conservación . Su uso en combinación con otras técnicas de conservación puede controlar eficazmente las bacterias que provocan el deterioro y otros patógenos, y puede inhibir las actividades de un amplio espectro de organismos, incluidas las bacterias gramnegativas inherentemente resistentes . [1] Las bacterias del ácido láctico y las propionibacterias han sido ampliamente estudiadas por su eficacia contra las levaduras y los mohos que provocan 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 antagónicas que dependen de la competencia por nutrientes, la producción y tolerancia de altas concentraciones de etanol, así como la síntesis de una gran clase de compuestos antimicrobianos que exhiben un amplio espectro de actividad contra microorganismos que deterioran los alimentos, pero también contra patógenos vegetales, animales y humanos. [14]
Una bacteria o 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 bioconservante competirá bien por los nutrientes con las bacterias patógenas y de descomposición del alimento. Como producto de su metabolismo, también debería producir ácidos y otros agentes antimicrobianos, en particular bacteriocinas. Las bacterias bioconservantes, como las bacterias del ácido láctico, deben ser inofensivas para los seres humanos. [3]
Los bacteriófagos (del griego "devorador de bacterias"), o simplemente fagos, son virus que infectan bacterias. [15] La idea de usar 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 los 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 rutinariamente en la investigación médica. Hoy en día, el tratamiento de bacterias resistentes a los antibióticos es una tarea desafiante. Recientemente, la investigación sobre bacteriófagos ha ganado un impulso adicional a la luz de la identificación de patógenos resistentes a los antibióticos de enfermedades infecciosas, en las que la aplicación de antibióticos no está funcionando de manera efectiva, por lo tanto, la investigación sobre la aplicación de bacteriófagos se está revisando intensamente. [15] Los bacteriófagos han recibido recientemente un estado generalmente reconocido como seguro en función de su falta de toxicidad y otros efectos perjudiciales para la salud humana para su aplicación en productos cárnicos en los EE. UU. [16]
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. [16]
En el procesamiento de la carne, la biopreservación se ha estudiado ampliamente en productos cárnicos fermentados y productos cárnicos listos para consumir. [17] [18] [19] El uso de una población microbiana nativa o introducida artificialmente para mejorar la salud y la productividad de los animales, y/o para reducir los organismos patógenos, se ha denominado un enfoque de mejora competitiva o probiótico. [20] 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 a una población microbiana comensal existente (o introducida) una ventaja competitiva en el tracto gastrointestinal. [18] Cada uno de estos enfoques utiliza las actividades del ecosistema microbiano nativo contra los patógenos al capitalizar 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. [18]
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. [21] La cambiante demanda de los consumidores ha reducido el atractivo de los procesos tradicionales aplicados a los productos del mar (por ejemplo, salazón, ahumado y enlatado) en comparación con las tecnologías suaves que implican un menor contenido de sal, una temperatura de cocción más baja y envasado al vacío (VP)/envasado en atmósfera modificada (MAP). Estos productos, diseñados como productos de pescado ligeramente conservados (LPFP), generalmente se producen a partir de mariscos frescos y el procesamiento posterior aumenta el riesgo de contaminación cruzada. [21] Estos tratamientos más suaves generalmente no son suficientes para destruir los microorganismos y, en algunos casos, pueden desarrollarse bacterias patógenas y de descomposición psicrotolerantes durante la prolongada vida útil de los LPFP. Muchos de estos productos también se consumen crudos, por lo que minimizar la presencia y prevenir el crecimiento de microorganismos es esencial para la calidad y la seguridad de los alimentos. [21] La seguridad y estabilidad microbiana de los alimentos se basan en una aplicación de factores conservantes llamados obstáculos. [22] La delicada textura y el sabor de los mariscos son muy sensibles a las tecnologías de descontaminación como la cocción y las 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, están en desgracia entre los consumidores debido a la demanda de conservantes naturales. Una solución alternativa que está ganando cada vez más atención es la tecnología de bioconservación. [22] [23] [24] En el procesamiento de pescado , la bioconservación se logra añadiendo 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. [21] Tradicionalmente, la acidez se ha incrementado mediante la fermentación , el 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 existan estudios menos documentados sobre la aplicación de microorganismos protectores, bacteriófagos o bacteriocinas en productos del mar para su biopreservación en comparación con productos lácteos o cárnicos es probablemente que las primeras etapas de la biopreservación se han producido principalmente en alimentos fermentados que no están tan desarrollados entre los productos del mar.[21] La selección de bacterias protectoras potenciales en productos del mar es un desafío debido al hecho de que necesitan adaptación a la matriz del marisco (pobre en azúcar) y sus actividades metabólicas no deben cambiar las características iniciales del producto, es decir, por acidificación, y no inducir el deterioro que podría conducir a un rechazo sensorial. [21] Entre la microbiota identificada en productos del mar frescos o procesados, las LAB siguen siendo la categoría que ofrece el mayor potencial para la aplicación directa como cultivo bioprotector o para la producción de bacteriocinas. [21]
Se han implementado con éxito varias preparaciones de fagos en todo el mundo. Se han desarrollado varias aplicaciones/métodos de administración en alimentos. Los bacteriófagos y sus endolisinas se pueden incorporar a los sistemas alimentarios de varias formas, como por pulverización, inmersión o inmovilización, de forma individual o en combinación con otros obstáculos. [25] La preparación de fagos LMP-1O2 se ha comercializado posteriormente como "ListShield" Intralyx, Inc. Se ha demostrado que es eficaz contra 170 cepas diferentes de L. monocytogenes , reduciendo significativamente (de 10 a 1000 veces) la contaminación por Listeria cuando se rocía sobre alimentos listos para comer, sin cambiar la composición general, el sabor, el olor o el color de los alimentos. [16] La empresa Intralytix también ha comercializado preparaciones antimicrobianas basadas en fagos como SalmoFresh y SalmoLyse para controlar S. enterica . [26] SalmoFresh se prepara con un cóctel de bacteriófagos líticos naturales que matan de forma selectiva y específica a 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 que tienen un alto riesgo de contaminación por Salmonella . En particular, la carne roja y las aves de corral se pueden tratar antes de molerlas para lograr reducciones significativas de 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. [26] Se han formulado y referenciado preparaciones de bacteriófagos adicionales para su uso con el fin de 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. Micreos ha desarrollado otra aplicación comercial, Listex_ P100, en los Países Bajos , y la FDA y el USDA le han otorgado el estatus de generalmente reconocido como seguro (GRAS) para su uso en todos los productos alimenticios. [25]
Otra aplicación comercial importante de los bacteriófagos es ELICOSALI, una amplia gama de cócteles de fagos anti- Salmonella y " E. coli ", para el tratamiento de productos agrícolas desarrollados por el Instituto Eliava en Tbilisi, República de Georgia. [16]
La biopreservación explota juiciosamente el potencial antimicrobiano de los microorganismos naturales presentes en los alimentos y/o sus metabolitos con una larga historia de uso seguro. Las bacteriocinas, los bacteriófagos y las enzimas codificadas por bacteriófagos se incluyen en esta teoría. El papel prolongado y tradicional 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 biopreservación. Las bacterias del ácido láctico y sus bacteriocinas se han consumido de forma no intencionada durante siglos, lo que establece una larga historia de uso seguro. Su espectro antimicrobiano de inhibición, modo de acción bactericida, tolerancia relativa a las condiciones de procesamiento (pH, NaCl, tratamientos térmicos) y la falta de toxicidad hacia las células eucariotas refuerzan su papel como biopreservantes en los alimentos. [27] La evaluación de cualquier nuevo principio activo antimicrobiano se realiza en la carne por parte del USDA, que se basa en la evaluación GRAS de la FDA, entre otros datos de idoneidad.