Cómo interactúan la actividad del agua y el pH para controlar el crecimiento microbiano
Cómo interactúan la actividad del agua y el pH para controlar el crecimiento microbiano
Utilizar tanto el pH como el aW controla los microbios más eficazmente que sólo uno u otro. Los fabricantes de alimentos pueden utilizar la tecnología de obstáculos para mejorar sus fórmulas.
La actividad del agua y el pH son los dos factores intrínsecos más importantes que determinan si un producto favorecerá el crecimiento de un microorganismo alterante. La actividad del agua y el pH actúan de forma sinérgica, siendo sus efectos combinados más potentes en el control que sus efectos individuales. Este efecto sinérgico se describe detalladamente en la tecnología hurdle para el control microbiano y es una parte intrincada de la definición de alimentos potencialmente peligrosos de la FDA.
A continuación le explicamos cómo puede utilizar el poder combinado de la actividad del agua y el pH para aumentar el control microbiano mediante técnicas de conservación más suaves, lo que puede mejorar la textura y la calidad del producto.
Cómo la actividad del agua impide el crecimiento microbiano
Como todos los organismos, los microorganismos necesitan agua para crecer. Captan el agua moviéndola a través de la membrana celular. Este mecanismo de movimiento del agua depende de un gradiente de actividad del agua: el agua pasa de un entorno de alta actividad del agua fuera de la célula a un entorno de menor actividad del agua dentro de la célula.
Cuando la actividad del agua fuera de la célula es lo suficientemente baja, se produce un estrés osmótico: la célula no puede absorber agua y se vuelve inactiva. Los microorganismos no se eliminan, sólo se vuelven incapaces de reproducirse. Cada organismo afronta el estrés osmótico de una forma diferente. Por eso existen diferentes límites de crecimiento para cada organismo. Algunos tipos de mohos y levaduras se han adaptado para soportar niveles muy bajos de actividad del agua.
Cada organismo tiene una actividad del agua específica a partir de la cual deja de crecer. Mientras los desarrolladores de productos mantengan la actividad del agua por debajo de este límite, el microbio en cuestión no se replicará a niveles lo suficientemente altos como para causar infecciones o enfermedades. Véase el cuadro 1.
| aw | Bacterias | Moho | Levadura | Productos típicos |
|---|---|---|---|---|
| 0.97 | Clostridium botulinum E Pseudomonas fluorescens | carne fresca, frutas, verduras, frutas en conserva, verduras en conserva | ||
| 0.95 | Escherichia coli Clostridium perfringens Salmonella spp. Vibrio cholerae | bacon bajo en sal, salchichas cocidas, spray nasal, gotas para los ojos | ||
| 0.94 | Clostridium botulinum A, B Vibrio parahaemolyticus | Stachybotrys atra | ||
| 0.93 | Bacillus cereus | Rhizopus nigricans | algunos quesos, carne curada (jamón) productos de panadería, leche evaporada, ral líquido suspensiones, lociones tópicas | |
| 0.92 | Listeria monocytogenes | |||
| 0.91 | Bacillus subtilis | |||
| 0.90 | Staphylococcus aureus (anaerobio) | Trichothecium roseum | Saccharomyces cerevisiae | |
| 0.88 | Cándida | |||
| 0.87 | Staphylococcus aureus (aerobio) | |||
| 0.85 | Aspergillus clavatus | leche condensada azucarada, quesos curados (cheddar), embutidos fermentados (salami), carnes secas (cecina), tocino, la mayoría de los concentrados de zumo de frutas, jarabe de chocolate, pastel de frutas, fondants, jarabe para la tos, suspensiones analgésicas orales | ||
| 0.84 | Byssochlamys nivea | |||
| 0.83 | Penicillium expansum Penicillium islandicum Penicillium viridicatum | Deharymoces hansenii | ||
| 0.82 | Aspergillus fumigatus Aspergillus parasiticus | |||
| 0.81 | Penicillium Penicillium cyclopium Penicillium patulum | |||
| 0.80 | Saccharomyces bailii | |||
| 0.79 | Penicillium martensii | |||
| 0.78 | Aspergillus flavus | confitura, mermelada, mazapán, frutas glaseadas, melaza, higos secos, pescado muy salado | ||
| 0.77 | Aspergillus niger Aspergillus ocráceo | |||
| 0.75 | Aspergillus restrictus Aspergillus candidus | |||
| 0.71 | Eurotium chevalieri | |||
| 0.70 | Eurotium amstelodami | |||
| 0.62 | Saccharomyces rouxii | frutas desecadas, jarabe de maíz, regaliz, malvaviscos, chicles, alimentos desecados para mascotas | ||
| 0.61 | Monascus bisporus | |||
| 0.60 | Sin proliferación microbiana | |||
| 0.50 | Sin proliferación microbiana | caramelos, toffees, miel, fideos, ungüentos tópicos | ||
| 0.40 | Sin proliferación microbiana | huevo entero en polvo, cacao, centro líquido pastilla para la tos | ||
| 0.30 | Sin proliferación microbiana | galletas, aperitivos a base de almidón, mezclas para pasteles, comprimidos vitamínicos, supositorios | ||
| 0.20 | Sin proliferación microbiana | dulces hervidos, leche en polvo, preparados para lactantes |
Los límites de crecimiento microbiano hacen de la actividad del agua una herramienta excelente para garantizar la seguridad de los productos alimentarios, y la medición de la actividad del agua puede utilizarse como punto crítico de control en los planes APPCC.
Oportunidades de sinergia
Los límites de crecimiento de la tabla 1 presuponen que todas las demás condiciones (pH, temperatura, etc.) son óptimas para el crecimiento del organismo. Sin embargo, si se combinan los efectos limitadores del crecimiento de un pH bajo con el control de la actividad del agua, el crecimiento microbiano puede controlarse realmente con una actividad del agua superior a la indicada en la tabla.
¿Qué es el pH?
El pH es una medida del grado de acidez o alcalinidad de una solución. Los valores entre 0 y 7 indican acidez; los valores entre 7 y 14 indican alcalinidad. El agua destilada, que es neutra, tiene un pH de 7. Los alimentos tienden a ser neutros o ácidos.
Los microbios tienen límites de crecimiento de pH
Al igual que ocurre con la actividad del agua, los microorganismos tienen límites de pH por debajo de los cuales no crecen. La Tabla 2 muestra los límites mínimos de pH para el crecimiento de diferentes tipos de microorganismos. Todos los microorganismos prefieren un pH neutro para un crecimiento óptimo, pero pueden crecer en valores de pH más ácidos. La mayoría de ellos dejan de crecer a un pH de 5,0. Algunos microorganismos pueden bajar hasta 4,6 e incluso hasta 4,4. Históricamente, se consideraba que un pH de 4,6 era el límite inferior de crecimiento, pero algunas partes del código alimentario se modificaron cuando se descubrió que algunos microbios problemáticos pueden crecer en niveles de pH tan bajos como 4,2.
| Microorganismos | Mínimo | Óptimo | Máximo |
|---|---|---|---|
| Clostridium perfringens | 5.5-5.8 | 7.2 | 8.9 |
| Vibrio vulnificus | 5 | 7.8 | 10.2 |
| Racillus cereus | 4.9 | 6-7 | 8.8 |
| Campylobacter spp. | 4.9 | 6.5-7.5 | 9 |
| Shigella spp. | 4.9 | 9.3 | |
| Vibrio parahaemolyticus | 4.8 | 7.8-8.6 | 11 |
| Toxina botulínica de Clostridium | 4.6 | 8.5 | |
| Crecimiento de Clostridium botulinum | 4.6 | 8.5 | |
| Crecimiento de Staphylococcus aureus | 4 | 6-7 | 10 |
| Toxina de Staphylococcus aureus | 4.5 | 7-8 | 9.6 |
| Escherichia coli enterohemorrágica | 4.4 | 6-7 | 9 |
| Listeria monocytogenes | 4.39 | 7 | 9.4 |
| Salmonella spp | 4.21 | 7-7.5 | 9.5 |
| Yersinia enterocolitica | 4.2 | 7.2 | 9.6 |
Usos para el ajuste del pH
Debido a los límites de crecimiento microbiano, reducir el pH es una forma eficaz de conservar los alimentos y evitar el crecimiento de microorganismos, y también puede utilizarse como punto crítico de control en los planes HAACP. Además, algunos fabricantes ajustan el pH para cambiar el sabor. Esto se hace a menudo mediante el encurtido o la fermentación, que utilizan la acción microbiana, reacciones enzimáticas o ácidos como el vinagre para inducir la producción de ácido láctico. Muchas reacciones químicas dependen del pH y pueden evitarse o controlarse ajustando el pH.
Actividad del agua y pH: juntos son más potentes
Los efectos de la actividad del agua y el pH pueden combinarse mediante la tecnología de vallas para controlar los microorganismos con mayor eficacia. En el caso de la actividad del agua y el pH, el efecto combinado de ambos obstáculos es mayor que los efectos de cada obstáculo por separado. Esto significa que se puede tener un control microbiano eficaz a niveles que normalmente se considerarían inseguros para el pH o para la actividad del agua por sí solos. El código alimentario de 2013 actualmente vigente contiene tablas de interacción de pH y actividad del agua, que se muestran en las tablas 3 y 4, que pueden utilizarse para determinar si un alimento requiere o no control de tiempo y temperatura para su seguridad (TCS).
| aw Valores | pH: 4,6 o inferior | pH:> 4,6-5,6 | pH:> 5,6 |
|---|---|---|---|
| 0,92 o menos | Alimentos no TCS*. | Alimentos no TCS | Alimentos no TCS |
| >0.92-0.95 | Alimentos no TCS | Alimentos no TCS | PA** |
| >0.95 | Alimentos no TCS | PA | PA |
| aw Valores | pH:< 4.2 | pH: 4,2-4,6 | pH:>4,6-5,0 | pH:> 5.0 |
|---|---|---|---|---|
| >0.88 | *Alimentos no TCS | Alimentos no TCS | Alimentos no TCS | Alimentos no TCS |
| 0.88-0.90 | Alimentos no TCS | Alimentos no TCS | Alimentos no TCS | PA** |
| >0.90-0.92 | Alimentos no TCS | Alimentos no TCS | PA | PA |
| >0.92 | Alimentos no TCS | PA | PA | PA |
La tabla 3 se aplica a los alimentos que han sido tratados térmicamente para destruir los microorganismos y posteriormente envasados. La disminución de la actividad del agua y del pH no son pasos de destrucción. No eliminan los microorganismos. Simplemente evitan el crecimiento de microbios hasta niveles tóxicos. Dado que el tratamiento térmico destruye todos los microorganismos excepto las bacterias formadoras de esporas, pueden envasarse con niveles más altos de actividad del agua y de pH. En estas condiciones, una actividad del agua de 0,92 y un pH de 4,6 o superior se consideran seguros.
La Tabla Interactiva 4 se utiliza para productos no tratados térmicamente, o tratados térmicamente y no envasados. Normalmente, estos productos requieren una actividad del agua inferior a 0,88 o un nivel de pH inferior a 4,2 para considerarse seguros. Sin embargo, pueden aceptarse valores más altos si se combinan la actividad del agua y el pH.
La tabla 5 muestra la actividad del agua y el pH de algunos alimentos comunes. Las conservas de fresa tienen una actividad de agua muy alta, pero el pH es bastante bajo. Debido al ácido cítrico presente, el pH es lo suficientemente bajo como para impedir el crecimiento microbiano aunque la actividad del agua sea alta. La mostaza también tiene un pH muy bajo, pero una actividad acuosa elevada. Estos productos son seguros por su pH, no por su actividad acuosa. El sirope de arce tiene un alto contenido de azúcar, por lo que su actividad acuosa es menor, pero su pH es bastante neutro. En este caso, es la actividad del agua la que proporcionaría la seguridad, no el pH.
| Tipo | Actividad acuática | pH |
|---|---|---|
| Conservas de fresa | 0.9874 | 3.7 |
| Mostaza amarilla | 0.9745 | 3.6 |
| Salsa picante | 0.9642 | 3.6 |
| Aliño italiano mediterráneo | 0.9628 | 3.8 |
| Aderezo Ranchero | 0.9561 | 3.9 |
| Aliño asiático de sésamo tostado | 0.9488 | 4.1 |
| Ketchup | 0.9440 | 3.6 |
| Mayonesa | 0.9393 | 4.1 |
| Aderezo francés | 0.9344 | 3.4 |
| Salsa barbacoa | 0.9333 | 3.8 |
La figura 1 muestra que si la actividad del agua y el pH se representan juntos, no hay ningún tipo de relación directa. Si se añade ácido a un producto para bajar su pH, tendrá algún impacto en la actividad del agua porque los materiales ácidos tienden a ser polares e interactúan preferentemente con el agua. Pero, esencialmente, bajar el pH no reducirá directamente la actividad del agua.
Cómo controlar la actividad del agua
La forma más habitual de reducir la actividad de agua de un producto es secarlo u hornearlo. (Aunque hay que tener en cuenta que, para hacerlo correctamente, primero hay que conocer la isoterma de sorción de humedad del producto). La actividad del agua también puede controlarse añadiendo humectantes como sal, azúcar, jarabe de maíz de alta fructosa, sorbitol y maltodextrina.
Formas habituales de controlar el pH
La forma más habitual de reducir el pH es mediante la fermentación. La fermentación se basa en bacterias "buenas" para producir ácido láctico, que reduce el pH del producto e impide el crecimiento de otros tipos de organismos. Los encurtidos, el chucrut, las salchichas fermentadas y las aceitunas utilizan esta estrategia. El pH también puede controlarse añadiendo ácido (vinagre, ácido láctico, ácido cítrico) directamente al producto, o añadiendo ingredientes naturalmente ácidos, como los tomates en la salsa de espaguetis.
Actividad del agua y pH: mediciones rápidas y sencillas
La actividad del agua y el pH son dos mediciones que van mejor juntas. Y ambas son fáciles de medir utilizando medidores de actividad del agua y medidores de pH comerciales fácilmente disponibles.
Más información sobre la actividad del agua y el pH
En este seminario web, el Dr. Brady Carter explica la teoría y la medición de la actividad del agua y el pH. También describe cómo estas herramientas pueden utilizarse eficazmente de forma conjunta para lograr el máximo nivel de seguridad de los productos.
