Entre los empaques bioactivos, biodegradables y novedosos para extender la vida útil de los alimentos se encuentran las películas biopoliméricas que incorporan compuestos antimicrobianos que pueden inhibir el desarrollo de microorganismos patógenos presentes en la superficie de los alimentos. El objetivo del presente trabajo fue establecer la formulación de una película bioactiva elaborada a base de biopolímeros, gelana-pectina, bacteriocinas producidas por Streptococcus infantarius y EDTA, evaluando su potencial antimicrobiano contra Listeria monocytogenes, Escherichia coli y Staphylococcus aureus, en medios a base de Barbacoa estilo Tulancingo. La película bioactiva también fue caracterizada en sus propiedades mecánicas bajo tensión uniaxial, y de permeabilidad al vapor de agua y al oxígeno, siguiendo los procedimientos estandarizados ASTM D882, ASTM D1434-82 y ASTM E96-00, respectivamente.
Palabras clave: Películas biopoliméricas, gelana-pectina, bacteriocinas, EDTA
Bioactive, biodegradable and novel packings for extended shelf life include biopolymer films incorporating antimicrobial compounds that can inhibit the development of pathogenic microorganisms present on the surface of food. The objective of the present work was to establish the formulation of a bioactive film based on biopolymers, gellan-pectin, bacteriocins produced by Streptococcus infantarius and EDTA, evaluating its antimicrobial potential against Listeria monocytogenes, Escherichia coli and Staphylococcus aureus on Tulancingo’s style barbacoa. The bioactive film was also characterized in its mechanical properties under uniaxial tension, and permeability to water vapor and oxygen, following the standard procedures ASTM D882, ASTM D1434-82 and ASTM E96-00, respectively.
Keywords: Biopolymer films, gelana-pectin, bacteriocins, EDTA
El desarrollo de nuevas metodologías de preservación de alimentos, a fin de obtener alimentos inocuos y mejorados en sus características nutricionales y organolépticas, es un área de investigación de constante interés y permanente avance (Campos et al., 2010). La demanda creciente de alimentos sanos, seguros y frescos dio origen al desarrollo de empaques que además de brindar protección frente al medio ambiente, oxígeno y humedad, mantuvieran la calidad sensorial, nutricional y microbiológica del producto empacado. Esta nueva generación de empaques es conocida como “empaques activos” (Ntzimani et al., 2010).
Los empaques en la industria alimentaria están destinados a la conservación y protección de todo tipo de alimentos y sus materias primas, en particular del deterioro físico, químico y microbiano, así como para ampliar su vida útil durante el almacenamiento (Castellano et al., 2011). No obstante, el uso indiscriminado de empaques sintéticos ha generado serios problemas ecológicos, contribuyendo a la contaminación ambiental provocada por desechos sólidos de baja degradabilidad.
El crecimiento de microorganismos es una de las principales causas de deterioro en los alimentos lo cual afecta económicamente a la industria de los alimentos y a la salud de los consumidores. El desarrollo microbiano se inicia generalmente en la superficie de los productos, afectando sus propiedades sensoriales y nutricionales, además de poner en riesgo la salud humana. La contaminación de alimentos por microorganismos como Listeria monocytogenes, Escherichia coli, y Staphylococcus aureus, se ha convertido en una preocupación dentro de la industria alimentaria debido a que pueden estar presentes tanto en carne fresca, como en productos cárnicos, vegetales y en productos alimenticios mínimamente procesados, y además están asociados con enfermedades gastrointestinales severas (Castro et al., 2015; Ibarguren et al., 2015).
La incorporación de agentes antimicrobianos a empaques tiene ventajas relevantes en la industria alimentaria, ya que pueden aumentar la vida de anaquel de los alimentos y evitar la adición directa de aditivos químicos a los alimentos. En los últimos años, la incorporación directa de conservadores químicos al alimento ha sido cuestionada cada vez más por el consumidor, ya que estamos en la era de los productos “mínimamente procesados” (Kraśniewska & Gniewosz, 2012).
La tendencia de consumir alimentos frescos y con un bajo nivel de procesamiento ha motivado diversas investigaciones relacionadas con el diseño de nuevos empaques para la conservación de los alimentos entre los que se encuentran las películas comestibles adicionadas con agentes antimicrobianos naturales tales como: ácidos orgánicos, enzimas (lisozima, lactoferrina), extractos de especias, el sistema lactoperoxidasa, bacteriocinas (nisina, pediocina, lacticina), entre otros (Deshmukh & Thorat, 2013; Nithya et al., 2013). Sin embargo, son muy pocos los estudios realizados en relación con los factores que podrían afectar la actividad antimicrobiana, las propiedades mecánicas y de barrera, así como, la difusión de agentes antimicrobianos adicionados (Xiao et al., 2011).
Por tal razón, el uso de empaques tales como las películas y/o recubrimientos, ha despertado un gran interés por su funcionalidad selectiva para regular la transferencia de humedad y la permeabilidad a los gases, aroma y compuestos de sabor en un sistema alimentario, lo que permite mejorar la calidad, seguridad y extender la vida útil de estos productos (Sayanjali et al., 2011). Los esfuerzos en la investigación se han centrado en el diseño de empaques ecológicos a base de polímeros biodegradables, que además de disminuir los residuos de los empaques sintéticos, permitan que subproductos provenientes de la industria de los alimentos puedan ser utilizados en la elaboración de películas comestibles (Doulgeraki et al., 2012; Fernández-Pan et al., 2014; Realini & Marcos, 2014).
En el presente trabajo se elaboraron películas bioactivas a partir de la mezcla de biopolímeros gelana-pectina, en las que se incorporaron los péptidos bioactivos producidos por la bacteria ácido láctica (BAL), Streptococcus infantarius (CAM) aislada del pozol (bebida ácida y refrescante de origen Maya obtenida del maíz a través de fermentaciones no alcohólicas y consumida en el suroeste de México) en sinergia con EDTA (ácido etilendiaminotetraacético, agente quelante que puede crear complejos con cationes divalentes principalmente) con la finalidad de evaluar su actividad antimicrobiana contra tres microorganismos patógenos (Listeria monocytogenes, Escherichia coli y Staphylococcus aureus) en medios a base de Barbacoa estilo Tulancingo. El consumo de la carne de ovino en México casi en su totalidad (95%), es a través de la Barbacoa (alimento típico), considerado como un platillo de lujo resultado de la cocción de la canal ovina, cubierta con pencas de maguey, en horno subterráneo o en bote de metal. La Barbacoa de borrego, uno de los platillos más populares en México, es oriunda del estado de Hidalgo (Soto et al., 2009); su nombre está registrado desde 1518 en la Colección de Documentos Inéditos del Archivo de Indias.
La inocuidad de la Barbacoa se ha visto afectada por microorganismos patógenos como lo es Clostridium perfringens según lo reportado por Natividad-Bonifacio et al. (2010), ya que ellos realizaron un estudio donde evaluaron la relevancia de Clostridium perfringens como agente etiológico de las enfermedades transmitidas por los alimentos. De las 650 muestras analizadas, 106 (16.3 %) fueron positivas para Clostridium perfringens; 6.4 % (16/250) aislamientos eran de Barbacoa, 19 % (38/200) tacos de cabeza y el 13 % (45/200) de tacos de panza. Estos resultados demuestran la importancia de enfermedades transmitidas por alimentos populares y el gran riesgo sanitario implicado en su consumo.
Es por eso que se buscan empaques con actividad antimicrobiana que puedan asegurar la seguridad y calidad de un alimento por más tiempo. En este trabajo de investigación la película bioactiva formulada fue evaluada contra tres microorganismos patógenos que afectan a los alimentos cárnicos frescos y procesados, Listeria monocytogenes, Escherichia coli y Staphylococcus aureus bacterias que pueden poner en riesgo la salud del consumidor provocando enfermedades gastrointestinales severas e incluso la muerte.
Para los microorganismos indicadores estudiados en este trabajo de investigación; Listeria monocytogenes, Escherichia coli y Staphylococcus aureus, se determinó una condición mínima inhibitoria para los tres microorganismos (i.e., 90 UA/mL de CAM + 0.05 M de EDTA). Con base en esto, se formularon películas con concentraciones de CAM de 75, 90 y 120 UA/mL, y EDTA 0.05 M, y su eficacia antimicrobiana fue evaluada contra los indicadores creciendo en medios sólidos selectivos/diferenciales: Oxford (Listeria monocytogenes), MacConkey (Escherichia coli) y Baird Parker (Staphylococcus aureus), en concentraciones iniciales de 25 UFC/caja e incubando a 25°C por 30 días.
Las películas formuladas inhibieron completamente el crecimiento de los indicadores (0 UFC/caja), los cuales alcanzaron concentraciones de 105 UFC/caja (Listeria monocytogenes), 78 UFC/caja (Escherichia coli) y 77 UFC/caja (Staphylococcus aureus) en los controles sin película bioactiva. Se seleccionó la formulación de película bioactiva (i.e., 90 UA/mL CAM & EDTA 0.05 M; PB) para probar su actividad antibacteriana en medios a base de Barbacoa estilo Tulancingo, inoculados con 102 UFC/g (Listeria monocytogenes), 103 UFC/g (Escherichia coli) y 102 UFC/g (Staphylococcus aureus) en procesos de 7 días incubando a 35°C, lográndose una inhibición completa del crecimiento bacteriano en tratamientos con PB; en contraste, en los controles sin película, al final del periodo de prueba se alcanzaron 107 UFC/g (Listeria monocytogenes), 108 UFC/g (Escherichia coli) y 109 UFC/g (Staphylococcus aureus).
Por otra parte, la película PB fue caracterizada en sus propiedades mecánicas (i.e., deformación de Hencky en el punto de fractura, 0.80±0.16 %; esfuerzo en el punto de fractura, 5.65±0.67 MPa; Módulo de Young, 706.55±47.75 MPa; % de elongación, 1.86±0.39); propiedades de permeabilidad a gases (i.e., oxígeno, PO2=1.94± 1.16×10-12 (g m Pa-1 s-1 m-2); agua gaseosa, PVA=2.88±0.80×10-11 (g m Pa-1 s-1 m-2)); y exhibió una solubilidad del 91.99±3.53 % en agua.
Campos, C. A., Gerschenson, L. N., & Flores, S. K. (2010). Development of edible films and coatings with antimicrobial activity. Food and Bioprocess Technology, 4(6), 849-875. doi: 10.1007/s11947-010-0434-1
Castellano, P., Belfiore, C., & Vignolo, G. (2011). Combination of bioprotective cultures with EDTA to reduce Escherichia coli O157:H7 in frozen ground-beef patties. Food Control, 22(8), 1461-1465. doi: 10.1016/j.foodcont.2011.02.018
Castro, M.P. , Cayré, M.E. , Palavecino Prpich, N.Z. , & Rivas, F.P. (2015). Control of pathogens in cooked meat products: the beneficial role of lactic acid bacteria. The Battle Against Microbial Pathogens: Basic Science, Technological Advances and Educational Programs.
Deshmukh, P.V. , & Thorat, P.R. (2013). Bacteriocins: A new trend in antimicrobial food packaging. International Journal of Advanced Research in Engineering and Applied Sciences, 2, 1-12.
Doulgeraki, A. I., Ercolini, D., Villani, F., & Nychas, G. J. (2012). Spoilage microbiota associated to the storage of raw meat in different conditions. International Journal of Food Microbiology, 157(2), 130-141. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2012.05.020
Fernández-Pan, I., Carrión-Granda, X., & Maté, J. I. (2014). Antimicrobial efficiency of edible coatings on the preservation of chicken breast fillets. Food Control, 36(1), 69-75. doi: 10.1016/j.foodcont.2013.07.032
Ibarguren, C., Céliz, G., Díaz, A. S., Bertuzzi, M. A., Daz, M., & Audisio, M. C. (2015). Gelatine based films added with bacteriocins and a flavonoid ester active against food-borne pathogens. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 28, 66-72. doi: 10.1016/j.ifset.2015.01.007
Kraśniewska, K., & Gniewosz, M. (2012). Substances with antibacterial activity in edible films – A Review. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 62(4), 199-206. doi: 10.2478/v10222-12-0059-3
Natividad-Bonifacio, I., Vázquez-Quiñones, C. R. , Rodas-Suárez, O. R. , Fernández, F. J. , Rodríguez-Solis, E. , Quiñones-Ramírez, E. I. , & Vázquez-Salinas, C. (2010). Detection of Clostridium perfringens in yearling lamb meat (barbacoa), head, and gut tacos from public markets in Mexico City. International Journal of Environmental Health Research, 20, 213-217.
Nithya, V., Murthy, P. S., & Halami, P. M. (2013). Development and application of active films for food packaging using antibacterial peptide of Bacillus licheniformis Me1. Journal of Applied Microbiology, 115(2), 475-483. doi: 10.1111/jam.12258.
Ntzimani, A. G., Giatrakou, V. I., & Savvaidis, I. N. (2010). Combined natural antimicrobial treatments (EDTA, lysozyme, rosemary and oregano oil) on semi cooked coated chicken meat stored in vacuum packages at 4°C: Microbiological and sensory evaluation. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 11(1), 187-196. doi: 10.1016/j.ifset.2009.09.004
Realini, C. E., & Marcos, B. (2014). Active and intelligent packaging systems for a modern society. Meat Science, 98(3), 404-419. doi: 10.1016/j.meatsci.2014.06.031
Sayanjali, S., Ghanbarzadeh, B., & Ghiassifar, S. (2011). Evaluation of antimicrobial and physical properties of edible film based on carboxymethyl cellulose containing potassium sorbate on some mycotoxigenic Aspergillus species in fresh pistachios. LWT - Food Science and Technology, 44(4), 1133-1138. doi: 10.1016/j.lwt.2010.12.017
Soto Simental, S., González Tenorio, R. , Fernández Diez, A. , Alfaro Rodríguez, R. H. , & Mateo Oyagüe, J. (2009). Determinación de compuestos volátiles en pencas de maguey destinadas a la elaboración de barbacoa. Memorias del Coloquio Nacional en Ciencia y Tecnología de la Carne, 09, 79-81.
Xiao, G., Zhu, Y., Wang, L., You, Q., Huo, P., & You, Y. (2011). Production and storage of edible film using gellan gum. Procedia Environmental Sciences, 8, 756-763. doi: 10.1016/j.proenv.2011.10.115
[a] Cuerpo Académico de Biotecnología Agroalimentaria. Instituto de Ciencias Agropecuarias, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Av. Universidad km 1, Rancho Universitario, Tulancingo de Bravo, Hidalgo, C.P. 43600, MÉXICO. Tel.: +52 (771) 7172000, ext. 2425
norberto@uaeh.edu.mx