Influencia del estrés oxidativo en la inactivación bacteriana por diferentes tecnologías utilizadas para la conservación de los alimentos

La industria alimentaria se esfuerza cada día más en suministrar al consumidor alimentos seguros y estables manteniendo sus propiedades organolépticas y nutritivas. El tratamiento térmico es, actualmente, la tecnología más empleada para lograr este objetivo. Sin embargo, esta tecnología presenta diversos efectos adversos sobre los alimentos, por lo que, en los últimos años se está llevando a cabo un gran esfuerzo en la mejora de estos tratamientos y en la puesta a punto de nuevos sistemas de inactivación microbiana. Algunos de estos sistemas son las altas presiones hidrostáticas (APH), los pulsos eléctricos de alto voltaje (PEAV) o el uso de compuestos antimicrobianos naturales, además de la combinación de varios de estos agentes con el fin de conseguir un efecto sinérgico. No obstante, para un buen diseño de los tratamientos a aplicar es necesario conocer en profundidad los mecanismos implicados en la inactivación microbiana por cada tecnología, es decir, las estructuras y funciones afectadas durante los tratamientos. Durante los últimos años un nuevo concepto ha ganado gran importancia, el estrés oxidativo. Se considera que un desequilibrio entre las sustancias antioxidantes y prooxidantes, en favor de estas últimas, provocaría la aparición de radicales libres en el interior celular que podrían dañar diferentes estructuras dentro de las mismas, afectando así a la supervivencia celular durante y tras el tratamiento. No obstante, se desconoce si la aparición de estrés oxidativo se produce durante los tratamientos con todas las tecnologías, y si hay una relación entre el daño en las diferentes estructuras y la aparición de este desequilibrio. Así, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral fue describir si el estrés oxidativo era un mecanismo común de inactivación celular en todas las tecnologías estudiadas y si había una relación entre el estrés oxidativo, el daño en diversas estructuras celulares y la inactivación y/o supervivencia celular. Para ello, utilizando Escherichia coli como microorganismo modelo, se llevó a cabo la puesta a punto de diversas técnicas para estudiar de manera directa o indirecta la aparición de desequilibrios oxidativos tras los diversos tratamientos y, posteriormente, se realizó un estudio para cada una de las tecnologías y una comparación de los resultados obtenidos. Se realizó un mayor esfuerzo experimental en el caso de los tratamientos térmicos.Los resultados obtenidos mostraron generación de estrés oxidativo en todos los tratamientos estudiados (calor, APH, PEAV y acidez). Sin embargo, el nivel de especies reactivas detectadas en el interior celular tras los tratamientos varió entre microorganismos, entre tecnologías, y dentro de cada una de ellas también se observó una variación en el nivel de los diferentes radicales estudiados. Además, se analizó la presencia de daños en otras estructuras como las membranas, proteínas y ADN, poniéndose de manifiesto la gran importancia de los fenómenos relacionados con el daño al ADN para las células tratadas por acidez, y de la agregación de proteínas citoplasmáticas en el caso de las células tratadas por altas presiones.Por otro lado, se observó una gran influencia de las condiciones de recuperación en la inactivación microbiana. Así, unas condiciones de ausencia de oxígeno y medio mínimo con un bajo potencial redox, favorecía notablemente la supervivencia microbiana. En el caso particular de los esporos bacterianos la recuperación en medio mínimo tras el tratamiento térmico determinó en gran medida la capacidad de germinación y con ello el porcentaje de supervivientes.Del mismo modo, el uso de determinadas sustancias quelantes o antioxidantes durante el crecimiento, tratamiento y/o recuperación celular también favorecerían la recuperación y supervivencia microbiana. A modo de ejemplo, el glutatión, ampliamente estudiado durante esta Tesis Doctoral, ejerció un gran efecto protector si se añadía durante el tratamiento térmico, disminuyendo el nivel de ROS y de daños en diferentes estructuras estudiadas, muy especialmente en la fracción proteica. No obstante el efecto del glutatión dependió tanto de la concentración como de la tecnología estudiada.Así, el desarrollo de esta Tesis Doctoral requirió de la puesta a punto y aplicación de diversas técnicas, directas e indirectas, para el estudio de la generación de estrés oxidativo y de diferentes daños en el interior celular durante los diferentes tratamientos aplicados y para evaluar la posible recuperación de estos daños al someter a las células a diferentes condiciones ambientales. De este modo, conociendo en profundidad los mecanismos implicados en la inactivación microbiana y las posibles condiciones que favorecerían la supervivencia microbiana, la industria alimentaria podrá diseñar procesos de conservación de alimentos más efectivos. <br /

Recuperación celular de esporos de Bacillus tras el tratamiento térmico

La industria alimentaria opta frecuentemente por los tratamientos térmicos para garantizar la estabilidad e inocuidad microbiológica de los alimentos. En los alimentos, se pueden encontrar diversos grupos microbianos con distinta termorresistencia, en algunos casos muy elevada, como la de los esporos bacterianos. La termorresistencia de estos depende de muchos factores, como por ejemplo el pH del medio de tratamiento. Por otro lado, los tratamientos térmicos pueden causar daños a distintos niveles celulares, provocando lesiones letales o subletales. Los microorganismos dañados subletalmente pueden reparar sus lesiones y sobrevivir si las condiciones de tratamiento son adecuadas, de ahí la importancia de diseñar un tratamiento térmico adecuado, que tenga en cuenta estos aspectos fisiológicos. En este trabajo se ha caracterizado la resistencia al calor de los esporos de Bacillus subtilis y su capacidad de recuperación tras el tratamiento térmico. Se han estudiado algunos aspectos como la cinética de inactivación en esporos tratados térmicamente en medios de distinto pH, y la presencia de fenómenos de daño subletal y reparación. Tras realizar el estudio en tampones de pH 7,0 y pH 4,0, se realizaron experimentos en leche entera y en zumo de naranja, ya que tienen un pH similar a los tampones utilizados, y así obtener una visión más práctica directamente en alimentos. Los resultados obtenidos en esta investigación mostraron que el pH del medio de tratamiento determina la termorresistencia, la cinética de inactivación y la recuperación de B. subtilis, tanto en tampón como en los alimentos utilizados. Además, se observó que los esporos tratados a pH 7,0 se recuperan mejor tras el tratamiento térmico en un medio mínimo, en comparación a un medio complejo