Introducción a la Microbiología de los Alimentos Curso optativo Microbiología de los Alimentos

Objetivos del curso

Fundamentar la importancia del control de los alimentos. Conocer las principales fuentes de contaminación. Determinar los principales grupos de microorganismos indicadores de calidad de los alimentos. Determinar los microorganismos alterantes, contaminantes y/o productores de ETA Identificar los riesgos de contaminación de los alimentos mediante la determinación de los Puntos Críticos de Control Establecer medidas de prevención

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Los alimentos como sustrato de los microorganismos. Factores intrínsecos e extrínsecos que influyen en el crecimiento microbiano en alimentos. Grupos microbianos indicadores de calidad, alteradores y causantes de deterioro en alimentos: hongos, levaduras y bacterias. Medidas de Prevención: Calidad, Inocuidad

Definiciones Alimento-Bebida: Es toda sustancia o mezcla de sustancias, elaborada, semielaborada o natural que se destina al consumo humano. Alimentos aptos para consumo humano: Aquellos alimentos que cumplen los criterios de calidad sanitaria. Calidad sanitaria: Es el conjunto de requisitos microbiológicos, físico-químicos y organolépticos que debe reunir un alimento para ser considerado inocuo para el consumo humano. Contaminación: La introducción o presencia de un contaminante en los alimentos o en el medio ambiente alimentario.

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Criterio microbiológico: Es la aceptabilidad de un producto o un lote de un alimento basada en la ausencia o presencia de una cantidad de microorganismos expresada en unidades de masa y volumen.

Inocuidad: La garantía de que los alimentos no causarán daño al consumidor cuando se preparen y consuman de acuerdo con el uso a que se destinan. Lote: Una cantidad determinada de un alimento producida en condiciones esencialmente iguales. Programa de muestreo: Es el establecimiento de criterios de aceptación que se aplicarán a un lote, basándose en análisis, por métodos analíticos específicos, de un número requerido de unidades de muestra.

Principales fuentes de contaminación Riego Condiciones Ambientales Enfermedades Alimentación Agua Salubridad Abono Crianza Cultivos Crianza de Vegetales Animales Transporte Procesamiento o venta Manipuleo Agua

Faena Materia Prima Alimentos

Aditivos e Insumos

Conservación

Proceso Transporte

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Conservación

Transporte

Alimento Elaborado

Exposición

Consumidor

Conservación

Alimento Consumido

CALIDAD EN LAS CADENAS AGROALIMENTARIAS Consumo

Distribución

Transformación Producción CALIDAD

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Estrategia disciplinaria Inocuidad química

Calidad Integral

C. nutricionales

C. organolépticas

Inocuidad microbiológica

Productos Procesos Servicios Gestión

Económicos

Legislativos

Científico-tecnológicos INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGIA AGROPECUARIA

Para Qué?

certificación de calidad a nivel nacional e internacional Productos diferenciados

Nuevos mercados

Impacto Socio-económico

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Flora microbiana presente en alimentos crudos Flora natural (endógena) : es el conjunto de microorganismos que se incorporan al alimento debido al conjunto de factores ecológicos normales del lugar y a las características morfológicas del mismo Flora agregada (exógena): es la que se introduce mediante la utilización de agentes contaminantes en el tratamiento del mismo.

Microorganismos presentes en los alimentos

Origen endógeno

Origen exógeno

Flora Productora de Zoonosis Flora Patógenos de Plantas Flora Productora de ETA Flora Patógena de Animales Flora Normal de los Alimentos

Agentes Productores de ETA Flora Saprofita Flora Inocua

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Flora normal de los alimentos

Esta constituida por la flora que convive con el alimento y depende de la composición del alimento y de las condiciones físicoquímicas del ambiente en el cual se desarrolla o conserva el alimento. Generalmente conviven con el alimento sin alterarlo y constituye una barrera para la colonización de otros microorganismos contaminantes.

Zoonosis

Enfermedades que pasan de animales infectados al hombre incidentalmente. Clasificación Zoonosis Directa: No significa que sea de transmisión directa. Para su mantenimiento sólo hace falta una especie de vertebrado. Ej: brucelosis, campylobacteriosis, salmonelosis, toxiinfección por Clostridium perfringens, etc. Ciclozoonosis: Necesita al menos 2 especies de vertebrados. La mayoría de los cestodos o tenias. Ej: quiste hidatídico. Hay aclarar que el hombre es un paso obligatorio (Taenia Saginata).

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Metazoonosis: El ciclo propagativo de la enfermedad implica una especie de invertebrado y un vertebrado. Ej: fiebre amarilla para mantener el ciclo. Saprozoonosis Está presente un medio inanimado en el ciclo propagativo de la enfermedad o infección. Ej: fasciolosis

Fasciola hepatica

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Agentes Patógenos de Plantas Hongos, bacterias y virus son los tres patógenos que producen enfermedades en las plantas. Bacterias Existen especies de bacterias que atacan a plantas como por ejemplo Agrobacterium sp., Pseudomonas sp., Erwinia sp., Corynebacterium sp., Xanthomonas sp. Son menos frecuentes que los hongos. Son abundantes en judias, guisantes, habas... Producen podredumbres húmedas en hojas o en vainas que despiden muy mal olor. La más conocida en hortícolas es la "Grasa de la judía".

Hongos Son los mayores causantes de enfermedades en las plantas. Son organismos microscópicos, unicelulares o pluricelulares, con células unidas linealmente formando filamentos y desprovistos de clorofila. Pueden ser ectoparásitos, cuando se desarrollan en el exterior de la planta o endoparásitos, cuando viven en el interior de la planta. Las principales enfermedades causadas por hongos son royas, carbones, agallas y deformaciones, necrosis, chancros, marchiteces foliares, podredumbres radiculares, de flores, de frutos. Micosis post-recolección.

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Virus y viroides La patogenia causada por virus es muy característica, es un parasito obligado y utiliza el metabolismo de la célula hospedadora. Después de infectar una célula vegetal viva el virus se libera de su cubierta proteica e introduce su material genético en el interior del hospedador. El genoma viral se traduce y duplica, ensamblándose numerosas partículas virales nuevas, que utilizan el ácido nucleico y las proteínas recién sintetizadas. La mayoría de los virus que atacan a plantas son virus ARN monocatenarios

Riesgos de contaminación en alimentos elaborados El principal riesgo lo constituye el tratamiento térmico de los mismos y la eliminación de la flora normal del producto, debido a que la exposición posterior a la contaminación incrementa el riesgo: Contaminación por manipuleo Manipuladores Utensilios y Equipamientos Contaminación cruzada Materia Prima y Agua Otros Alimentos e Insumos Contaminación por procesado

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Instalaciones Higiene Inadecuada Otros Productos Insectos y/o Roedores Conservación Inadecuada Productos o Insumos Envases Inadecuados Circulación de Personas

Factores que incrementan riesgo de contaminación Ph cercanos a 7 Actividad agua (aw) cercanos a 1 Potenciales de oxido reducción altos Humedad alta Acidez baja Temperaturas moderadas Concentración de Oxigeno

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Alimentos Refrigerados

Medidas Preventivas Lavado de los Productos Control de la Temperatura de Conservación Higiene de los Refrigeradores Tratamiento Ácidos Tratamiento con Cloro Agregado de Conservante Almacenamiento Adecuado Envases La congelación detiene el crecimiento de todos los microorganismos Hongos, levaduras, helmintos son mas sensibles

Microorganismos que desarrollan durante la refrigeración

Pseudomonas Lactobacillus Listeria Salmonella Otras Enterobacterias Hongos y Levaduras (Saccharomyces y Penicilium) Corynebacterium Achromobacter Cryptoccocus Flavobacterium Aerobacter

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Aspectos a tener en cuenta durante la congelación de alimentos Hasta 5 ° C bajo desarrollo de Psicrófilos Congelación lenta mayor efectividad antimicrobiana Almacenamiento – 18 ° C Enzimas actúan hasta – 20 °C Edulcorantes favorecen sobrevida pH ácidos favorecen destrucción Calidad Microbiana inicial Quemaduras por frío Tiempos de Conservación Lavado y escurrido de aguas

Cuadro comparativo de la Evolución de la Carga Microbiana del Alimento Durante su Procesamiento Flora inicial alimento

1.000.000 ufc/g.

Lavado

500.000 ufc/g.

Fin escaldado Enfriamiento Envasado

1.000/10.000 ufc/g. 50.000 ufc/g. 100.000 ufc/g.

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Principales fuentes de microorganismos hallada en los alimentos Suelo y agua: Bacillus, Clostridium, Vibrio, Pseudomonas, Corynebacterium, Acinetobacter, Aeromonas, etc. Plantas y productos vegetales: Citrobacter, Erwinia, Enterobacter, Lactobacillus, Listeria, Leuconostoc, Lactococus, Hongos y Levaduras varios. Piel de los animales: Micrococcus, Staphyloccocus, Streptococcus, Pseudomonas, Proteus, etc. Aire y Polvo: Bacillus, Clostridium, Micrococcus.

Principales indicadores de contaminación

Recuento de Microorganismos Aerobios Mesófilos Totales Recuentos de Hongos y Levaduras Recuentos de Microorganismos Termófilos Totales Coliformes Totales y Fecales Presencia de E. coli. Recuentos de Enterococcus Presencia de Staphyloccocus aureus Presencia de Pseudomonas Presencia de Salmonella

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Tracto intestinal hombre y animales: Campylobacter, Enterococcus, Hafnia, Salmonella, Shigella, E. coli, Virus, Protozoarios, Parásitos, etc. Pienso: Salmonella, Serratia, Pseudomonas, Listeria, Enterococcus, etc. Manipuladores de alimentos: Staphyloccocus, Propionibacterium, Bacillus, E. coli, Enterobacterias, Micrococcus, Listeria, etc

Asociación microbiana alterante Los microorganismos al crecer y utilizar los alimentos como fuentes de nutrientes, producen modificaciones químicas y físicas y en el alimento modifican su apariencia, sabor, aroma. a. Putrefacción Proteínas alimentos + Microorganismos proteolíticos Aminoácidos + Aminas + NH3 + SH2 b. Fermentación Carbohidratos alimentos + Microorganismos sacarolíticos Ácidos + Alcoholes + Gases c. Enranciamiento Grasas alimentos + Microorganismos lipídicos Ácidos grasos + Glicerol

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Agentes Productores de ETA Riesgo Severo Clostridium botulinum Escherichia coli O157 H7 Brucella melitensis Brucella abortus Salmonella Typhi Shigella sp Vibrio cholerae Brucella suis Salmonella sp

Riesgo moderado difusión extensiva Salmonella spp Streptococcus pyogenes Listeria monocytogenes Escherichia coli enteropatógena Riesgo Moderado difusión limitada Bacillus cereus Bacillus subtilis Vibrio parahemoliticus Clostridium perfringens Staphylococcus aureus Yersinia enterocolitica Campylobacter jejuni

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Intoxicación alimentaria

toxina preformada C. botulinum

Ej: botulismo intoxicación estafilocócica intoxicación por Clostridium perfringens

Infección alimentarias

Ej:

crecimiento del microorganismo en el huésped

Salmonelosis Escherichia coli (E. coli O157:H7) Campylobacter jejuni y C. fetus Helicobacter pylori

Enterotoxina producida por S aureus. Sallmonellla sp

Parámetros intrínsecos y extrínsecos que influyen en la descomposición de los alimentos

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Los alimentos no sólo tienen un valor nutricional para quienes lo consumen; sino que constituyen además un medio de cultivo ideal para la multiplicación microbiana. Por lo tanto todos los microorganismos son contaminantes potenciales

El desarrollo de cualquier microorganismo altera en el alimento su aspecto, sabor , olor textura, etc.

Utilidad de los microorganismos La fermentación producida por algunos microorganismos conduce a la conservación de alimentos en vez de a su descomposición. Los microorganismos pueden utilizarse para transformar alimentos crudos en delicias gastronómicas, como los quesos, el pan y los productos de pastelería. Los vinos, las cervezas y otros productos alcohólicos también se generan mediante las actividades microbiana.

Microbiología industrial

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A pesar de la larga tradición de esfuerzos destinados a la conservación de los alimentos para evitar su descomposición, hasta el siglo XIX no empezó a estudiarse con rigor la descomposición microbiana de los alimentos.

Louis Pasteur inició la era moderna de la microbiología de los alimentos en 1857, cuando demostró que los microorganismos causan la descomposición de la leche. El trabajo de Pasteur en la década de 1860 demostró que el calor puede utilizarse para controlar los microorganismos involucrados en el deterioro de los vinos y las cervezas.

Técnicas de conservación de los alimentos Métodos físicos:

Métodos químicos:

Filtración Temperatura Radiación Deshidratación

Ahumado y especias Productos químicos Bacteriocinas

Análisis microbiológico de los alimentos Técnicas de cuantificación de microorganismos Técnicas de detección de microorganismos patógenos transmitidos por los alimentos y de sus toxinas.

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Factores intrínsecos y extrínsecos determinan la conservación de los alimentos…

En los alimentos, los factores intrínsecos y extrínsecos determinan si el crecimiento microbiano conducirá a la conservación o descomposición

INTRINSECOS pH Actividad de Agua Potencial Oxido – Reducción Contenido de nutrientes Constituyente Antimicrobiano Estructura Biológica

EXTRINSECOS Temperatura de conservación Humedad Relativa Presencia y concentración de Gases en el Ambiente

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Potencial de Hidrógeno (pH) pH: Es el logaritmo inverso de concentración de iones hidrógenos.

la

La mayoría de las bacterias crecen mejor a pH (6.6- 7.5). Todos los MO presentan un pH óptimo, un mínimo y un máximo

EFECTO DEL pH

El pH de un alimento también es crucial, ya que un pH bajo favorece el crecimiento de levaduras y mohos. En los alimentos neutros o alcalinos, como las carnes, las bacterias son más dominantes en la descomposición y la putrefacción.

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Valores de pH aproximados de algunas frutas y hortalizas frescas

Higiene de los alimentos Dr. Ángel Eladio Caballero Torres.

Valores de pH aproximados de los productos lácteos, de las carnes y de los productos pesqueros

Un pH extracelular muy alejado de 7 perturba el gradiente de H+, que es el principal componente de la fuerza protón-motriz necesaria para los procesos de transporte a través de la membrana, motilidad y síntesis de ATP acoplada al proceso respiratorio. Además, el metabolismo anaerobio está regulado por el pH del medio.

ACTIVIDAD DE AGUA (aw) Los microorganismos necesitan de agua libre o disponible para su crecimiento. Solutos como sal y azúcar, así como los mecanismos de deshidratación disminuyen el agua disponible y reducen el rango de crecimiento microbiano.

La aw de un alimento es la relación entre la presión de vapor de agua del alimento (P) y la del agua pura (Po) a la misma temperatura estando relacionada con el punto de congelación, humedad relativa, ebullición y presión osmótica. aw = P/Po RH = 100 x aw Presión osmótica = -RT log aw/V Agua pura aw = 1,00 Alimentos frescos aw = 0,99 Solución de NaCl al 22% (p/v) aw = 0,86 Solución saturada de NaCl aw = 0,75

R: cte. universal de los gases T: temperatura V: volumen

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ACTIVIDAD DE AGUA (aw) Los microorganismos requieren de agua en forma disponible para crecer y llevar a cabo sus funciones metabólicas. La mayoría de las bacterias no pueden crecer a valores de aw inferiores a 0.91, mientras que los hongos pueden crecer a valores inferiores a 0.80.

De acuerdo a su aw se pueden clasificar tres grupos de microorganismos Halotolerantes: crecen en presencia de elevadas concentraciones de sal Osmotolerantes: crecen en presencia de elevadas concentraciones de azúcares Xerotolerantes: crecen en alimentos secos

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Actividad de agua (aW) a la cual crecen algunos microorganismos GRUPOS

aW

Bacterias G –

0,97

Bacterias G +

0,90

Levaduras

0,88

Hongos filamentosos

0,80

Bacterias halófilas

0,75

Hongos xerófilos

0,61

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ACTIVIDAD DE AGUA (aw)

Efectos de la aw sobre los microorganismos

Acumulación de K, prolina y glutamina Aumento de aminoácidos (S. aureus) Necesidad de prolina (Salmonella) Acumulación de Alcohol (glicerol, eritritol,) en levaduras y Hongos

NaCl más o menos inhibidor que el glicerol dependiendo de la especie bacteriana Germinación de esporas más efectiva NaCl, menos efectivo el sorbitol, glucosa, glicerol o urea

POTENCIAL OXIDO-REDUCCION (Eh) Es la capacidad con la que un sustrato pierde o gana electrones Compuesto pierde e- = oxida Compuesto que capta e- = reduce Cuanto más oxidada la sustancia más positivo su potencial eléctrico. En relación con los microorganismos, el potencial redox indica las relaciones de oxígeno entre ellos y se utiliza para especificar el ambiente en que un microorganismo es capaz de generar energía y sintetizar nuevas células. Los microorganismos aerobios necesitan para crecer valores redox positivos, mientras que los anaerobios frecuentemente requieren valores negativos (200mV para Clostridium). Los microorganismos de acuerdo con su potencial de oxidación-reducción se dividen en los grupos siguientes: aerobios estrictos, anaerobios estrictos, anaerobios facultativos y microaerófilos.

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POTENCIAL OXIDO-REDUCCION (Eh)

Los lactobacilos y estreptococos requieren condiciones ligeramente reducidas (microaerobios) Los hongos y levaduras de los alimentos son aerobios y unas pocas anaerobios facultativas.

El potencial Oxi-reductor de los alimentos está influenciado por:

Composición química del alimento Tratamiento que se aplica al procesarlo Condiciones de almacenaje

Eh de algunos alimentos

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INFLUENCIA DEL Eh Conforme crecen los aerobios se reduce el oxígeno y el Eh, aumentando las sustancias reductoras en el medio. Eh del músculo pre-rigor morten, post- rigor morten de los animales El rigor mortis consiste en que al no producirse más ATP las moléculas de miosina que provocan la contracción del músculo no pueden liberar sus enlaces y los músculos permanecen contraídos

Rango de crecimiento microbiano en relación al Eh

Contenido de nutrientes Los microorganismos en los alimentos necesitan: Agua Alimento Energía Nitrógeno Carbono Minerales Vitaminas

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PRESENCIA DE COMPUESTOS ANTIMICROBIANOS NATURALES La estabilidad de ciertos alimentos es consecuencia de que contienen sustancias con actividad antimicrobiana: Ácido benzoico (arándanos) Lisozima (clara de huevo) Eugenol (clavo, canela)) Allicina (ajo) Timol (orégano) Aldehído cinámico (canela) Glucosinolatos isotiocianatos (coles brócoli)

Componentes y Sistemas antimicrobianos de la leche En la leche se encuentran diversos sistemas antimicrobianos que pueden proteger a la glándula mamaria contra infecciones y a la leche de la contaminación. Lactoferrina Lactoperoxidasa

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Sistema Lactoperoxidasa–Tiocianato Peróxido de hidrógeno (LP): Lactoperoxidasa es un enzima que se sintetiza en altas concentraciones en la leche de vaca. Representa aprox el 1% de las proteínas totales de esta. El tiocianato se encuentra en diferentes concentraciones dependiendo principalmente de la alimentación del animal; se ha reportado valores de 5,9 a 8,94 mg/L en leche cruda de búfala y de 1,2 a 14,5 mg/L en leche de vaca. El sistema LP, destruye los microorganismos por oxidación de sus sistemas enzimáticos, actuando como sustrato el peroxido de hidrógeno y como cofactor el tiocianato. Bacterias Gram negativas como Pseudomonas, Coliformes, Salmonella y Shigella, son inhibidas por el sistema. La letalidad depende del pH, temperatura, tiempo de incubación y densidad celular. La activación del sistema LP puede incrementar la vida útil de la leche por inhibición microbiana, mejorar la calidad microbiológica al ofrecer un efecto bacteriostático sobre la flora láctea y un efecto bactericida sobre coliformes

Estructuras biológicas

Cáscara de los huevos, testa de las semillas cubierta externa de las frutas La piel de de los animales

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PARÁMETROS EXTRINSECOS

Son aquellas propiedades del medio de conservación afectan a los alimentos y a los MO Temperatura de Conservación Humedad Relativa Presencia y concentración de Gases en el Ambiente

Temperatura de Conservación: es el parámetro más importante Conocer el intervalo de Tº en que crecen los MO Mínima -34ºC y max 100ºC

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HUMEDAD RELATIVA TIENE QUE TENER EN CUENTA LA aw DEL ALIMENTO, ya que se establece un equilibrio

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Contenidos de humedad de diversas semillas

Humedad relativa del aire (%) Semilla 40

50

60

70

75

80

90

Trigo

10,7

12,0

13,7

15,6

16,6

17,6

23,0

Maíz

11,0

12,0

13,0

15,0

15,5

16,0

20,0

Centeno

10,0

11,6

13,2

14,8

16,1

17,3

24,6

Guisantes

9,4

11,1

13,1

15,5

17,2

19,5

27,7

Frijoles

9,1

11,1

13,1

15,8

18,0

20,4

28,0

Hierba

8,9

10,3

11,6

13,9

15,4

17,4

23,3

Cebollas

8,3

9,6

10,8

12,6

14,1

16,2

23,5

Presencia y concentración de gases en el ambiente Almacenaje hipobárico Envasado al vacío Envasado en atmósfera modificada (PAM) proceso hiperbárico CO2 20-30% CO2 es más efectiva sobre Gram negativos que Gram positivos

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Equipo de envasado con atmósfera modificada

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Presencia y actividades de otros MO

Interferencia microbiana: inhibición o destrucción inespecífica de un MO por otros de un mismo hábitat. Ej MO de la piel Ej: en alimentos flora normal de la carne picada inhibe el crecimiento de S aureus , E coli y S typhi, C. botulimun y hongos La flora de fondo tiene que ser mayor que el MO que se inhibe Competición por nutrientes Competición por los sitios de fijación Modificación desfavorable del medio Combinación de factores

Lactococcus lactis produce pediocina que inhibe L. monocitogenes

Antagonismo láctico Bacteriocinas (Nisina) Disminución del pH Ácidos orgánicos, H2O2, agotamiento de nutrientes Cultivos protectores

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CONCEPTO DE VALLA

Se emplean varias factores o técnicas combinadas para efectuar el control de los MO en los alimentos (1980) Ejemplo: Prevención de la germinación de las esporas de C. botulinum pH