Congelamiento de Alimentos: Crecimiento y Sobrevivencia de Microorganismos

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Introducción

Una de las formas tradicionales de conservar alimentos, es a través de la congelación. Mediante este método, se reduce eficazmente la actividad de microorganismos y enzimas presentes en los alimentos, retardando el deterioro de éstos, sin embargo, el decrecimiento de microorganismos durante la congelación no es garantía de su destrucción. Otra característica importante de la congelación, es que gracias a la cristalización del agua, se reduce el agua líquida en los alimentos, inhibiendo el crecimiento microbiano.

La conservación a baja temperatura de los alimentos se basa en el principio de que las actividades de los microorganismos transmitidos por los alimentos se pueden ralentizar a temperaturas alrededor del punto de congelación y se detienen a temperaturas por debajo del punto de congelación. Las reacciones metabólicas de los microorganismos son catalizadas por enzimas y la velocidad depende de la temperatura. La velocidad de reacción aumenta con un aumento de la temperatura.  La temperatura siempre está relacionada con la humedad relativa del ambiente de reacción y por lo tanto las temperaturas de sub-congelación también afectan la humedad relativa y el pH del sistema para el crecimiento microbiano.

Existen tres tipos de procesos de congelación: congelación criogénica, congelación rápida y congelación lenta. En la congelación criogénica, la temperatura del alimento se reduce a -20°C en 5-10 minutos, mientras que en la congelación rápida ocurre lo mismo en un tiempo de 30 minutos y en la congelación lenta tarda entre 3 y 72 horas.

La congelación lenta favorece la formación de grandes cristales extracelulares de hielo y la congelación rápida favorece la formación de pequeños cristales. El crecimiento del cristal es uno de los factores que afecta la vida de almacenamiento y la textura de ciertos alimentos congelados. Durante el almacenamiento, estos cristales de hielo crecen en tamaño y causan daño celular rompiendo membranas, paredes celulares y estructuras internas, de modo que cuando se descongelan, el producto es diferente del original en textura y sabor.

Un factor importante para la conservación de alimentos es la actividad de agua (aw), la cual se diferencia del contenido total de agua del alimento. La actividad de agua, es la cantidad que está libre o disponible para que los microorganismos puedan desarrollarse en el alimento causando su deterioro, y esta toma valores entre 0 y 1. A medida que se reduce la temperatura y se convierte más agua en hielo, la concentración de soluto aumenta gradualmente en la porción de agua sin congelar con una disminución correspondiente en el punto de congelación y aw, por ende, el alimento será más perecedero.

En los alimentos pueden crecer diferentes tipos de microorganismos y cada uno de ellos puede sobrevivir en diferentes rangos de actividad de agua. Las bacterias son las que requieren la mayor cantidad de agua libre para crecer, viéndose la mayoría inhibidas con aw inferiores a 0,91, pero algunas pueden encontrarse de todas formas en alimentos con aw de 0,75. Existen levaduras y mohos que aún pueden sobrevivir en alimentos con aw tan bajas como 0,6, sin embargo por debajo de 0,6 se detiene el crecimiento microbiano.

Antecedentes Generales

En general, los microorganismos varían en su capacidad de tolerar la congelación y el almacenamiento congelado. Su supervivencia depende del tipo y edad que tengan. Por ejemplo, las bacterias Gram-negativas (Escherichia, Salmonella, entre otros) son más susceptibles al congelamiento y almacenamiento congelado que las bacterias Gram-positivas, siendo además, los bacilos más susceptibles que los cocos. En el caso de las levaduras y bacterias, las primeras son más resistentes, en parte debido a su tolerancia a la actividad reducida del agua (aw). Los microorganismos psicrófilos y psicrotróficos son generalmente más tolerantes al congelamiento y al almacenamiento congelado debido a su capacidad de sintetizar cantidades mayores de enzimas para compensar una actividad enzimática reducida a bajas temperaturas y su reducida susceptibilidad al choque en frío en comparación con termófilos y mesófilos. Un ejemplo de microorganismo psicrófilo es la bacteria Bacillus psychrophilus que puede crecer a temperaturas entre -5 y -7°C pero rara vez a temperaturas inferiores a -10°C. Estos organismos tienen un tiempo de generación largo (8-9 días) y por lo tanto no puede proliferar durante el proceso de congelación que es mucho más rápido (10-90 min).

Durante la congelación, la temperatura sigue bajando y la actividad de agua del medio ambiente también se reduce; esto permite un crecimiento selectivo de microorganismos. Los organismos resistentes a la deshidratación, como las levaduras y los mohos, crecen en tales ambientes, a diferencia de las bacterias. La mayoría de las esporas pueden sobrevivir a todas las condiciones de congelación y descongelación. Las endosporas bacterianas son extremadamente resistentes a la congelación y al almacenamiento a temperaturas inferiores a cero, y el 90% sobrevive. Las esporas de hongos son también resistentes a la congelación. Algunas células bacterianas vegetativas son insensibles a la congelación. Algunos Gram-positivos, como los Estafilococos, micrococos y estreptococos son relativamente resistentes con niveles de supervivencia de 50% o más. Algunos organismos que son sensibles a los efectos de la congelación son las amebas, protozoos ciliados y nematodos. El almacenamiento de alimentos a -10 a -20°C durante unos días es letal para Toxoplasma gondii, Entamoeba y tripanosomas, aunque las tasas de enfriamiento son críticos y la letalidad parece estar asociada con la formación de hielo intracelular a velocidades de reducción de 3°C por minuto o más. La mayoría de los microorganismos resisten los efectos inmediatos de la congelación, pero son sensibles al almacenamiento congelado. En general, la mayoría de los organismos Gram-positivos, Incluyendo Bacillus, Clostridium, Corynebacterium, Lactobacillus, Microbacterium, Micrococcus, Staphylococcus y Streptococcus, junto con algunas levaduras, son relativamente resistentes a la congelación, aunque algunos como Clostridium perfringens son sensibles al almacenamiento congelado. Los organismos Gram-negativos, tales como Escherichia, Salmonella, Serratia, Pseudomonas, Acinetobacter, Moraxella y Vibrio, son más sensibles a la congelación y al almacenamiento congelado, y su supervivencia depende de una serie de variables, como la velocidad de enfriamiento, temperatura, concentración celular, tiempo de almacenamiento, y a las condiciones de descongelación. Por ejemplo, en la carne cruda que contiene 15% de bacterias Gram-positivas y 85% Gram-negativas, ante congelación a -30°C, se encontró que el recuento total viable disminuyó pasando de 385.000 a 77.000 por gramo después de la congelación. La proporción de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas se encontró en un 70% y 30%, respectivamente, en carne congelada. La fase exponencial de células de Salmonella typhimurium congeladas en agua destilada a -30°C por inmersión en freón líquido durante 44 minutos, mostró menos de 0,1% de supervivencia después de la rápida descongelación. La nutrición previa a condiciones de crecimiento tiene un efecto sobre las células microbianas hasta la congelación. Las células de fase exponencial de S. typhimurium cultivadas en caldo de triptona-soja fueron 100 veces más sensibles a la congelación a -30°C que las células crecidas a fase exponencial en un medio mínimo (sal-glucosa).

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