Control Microbiano

Instituto Tecnológico de Aguascalientes Depto. De Ingeniería Química y Bioquímica

[UNIDAD VII .- CONTROL MICROBIANO]

Microbiología Ambiental Diana Lira Berlanga Mariana Jocelyn Martínez Contreras Melvis B. Martínez Morales Montserrat Tovar Torres Ingeniería Química Grupo 2 – Semestre 5

Aguascalientes, Ags. 30 de Noviembre del 2015 7.1 IMPORTANCIA DEL CONTROL MICROBIANO Los microorganismos ofrecen diversos beneficios a la sociedad en diferentes formas. En otro aspecto son también los microorganismos un vehículo para la producción de enfermedades, por la producción de toxinas propiamente dichas

o metabolitos tóxicos. Además de daños en cultivos, descomposición de alimentos y enfermedades en animales. Es por esto que el ser humano ha buscado los procedimientos necesarios para destruir o controlar el crecimiento de los microorganismos perjudiciales. Para poder determinar la eficacia antimicrobiana (la muerte de los microorganismos) se utilizan técnicas que descubran a los sobrevivientes es decir, a los capaces de reproducirse; ya que los incapaces de reproducirse están muertos. Esto se determina generalmente mediante métodos cuantitativos de siembra en placa en los que los supervivientes se detectan porque forman colonias. Cuando una población microbiana se expone a un agente letal, la cinética de la muerte es casi siempre exponencial ya que el número de supervivientes disminuye de forma geométrica con el tiempo. Si representamos gráficamente el logaritmo del número de supervivientes frente al tiempo se obtiene una línea recta cuya pendiente negativa define la tasa de mortalidad. Esta tasa de mortalidad nos dice solamente que fracción de la población inicial sobrevive a un determinado período de tratamiento. Para determinar el número real de sobrevivientes es necesario conocer además el tamaño inicial de la población. De acuerdo con esto, para establecer los procedimientos de esterilización hay que tener en consideración dos factores: la tasa de mortalidad y el tamaño de la población inicial. En la práctica de la esterilización la población microbiana que ha de ser destruida es mixta. Como los microorganismos difieren ampliamente en su resistencia a los agentes letales, los factores que se hacen significativos son el tamaño de la población inicial y la tasa de mortalidad de los miembros más resistentes de la población mixta. Para asegurar la fiabilidad de los métodos de esterilización se utilizan suspensiones de esporas de resistencia conocida. Los procedimientos rutinarios de esterilización se diseñan siempre de forma que proporcionen un amplio margen de seguridad. En todo Control Microbiológico de calidad destacan dos aspectos:  Calidad Higiénico - Sanitaria: que no se distribuyan microorganismos patógenos para la salud.  Calidad Comercial: presencia de microorganismos alterantes, que alteren el producto haciéndolo no comestible (aunque no sean patógenos) Componentes de un examen microbiológico:  Muestreo: de forma adecuada y siguiendo unos protocolos, las muestras tienen que ser estadísticamente significativas y por eso se llevan a cabo planes o programas de muestreo.  Método Analítico: hoy en día existen muchos, elegimos el más sensible para detectar lo que queramos y se busca también que sea económico.  Interpretación de resultados: por eso hay que saber el significado de los microorganismos. Hoy en día se hacen miles de análisis al día, si los resultados están mal hechos, las pérdidas económicas pueden ser enormes (falsos positivos o falsos negativos ) . Análisis de Riesgos y Control de Puntos Críticos ( HACCP): antes sólo se analizaba el producto final , pero eso no es lo más correcto , hay un riesgo de

que lo no analizado esté mal . Un HACCP consiste en analizar toda la cadena de producción, buscar los pasos críticos, de tal manera que si dicho producto se escapa al control , ese producto no sea bueno o fiable . 7.2 CONCEPTOS DE ESTERILIDAD Y ASEPSIA La asepsia y antisepsia son las acciones conseguidas por la esterilización y la desinfección, respectivamente. Son dos procedimientos de lucha antimicrobiana. Concepto de asepsia: Etimológicamente significa "sin putrefacción'. Ausencia de materia séptica; estado libre de infección (definición del Diccionario de la Real Academia) La asepsia produce la ausencia de todo germen y de cualquiera de sus formas de resistencia, suprimiendo el aporte de microbios y su penetración. El resultado de una técnica de asepsia correcta es la esterilización. Concepto de antisepsia: Etimológicamente significa "contra la putrefacción". Método que consiste en combatir o prevenir los padecimientos infecciosos, destruyendo los microbios que los causan (Diccionario de la Real Academia). El procedimiento de antisepsia es la desinfección. Esterilización “Técnica de saneamiento cuya finalidad es la desinfección de toda forma de vida, aniquilando todos los microorganismos, tanto patógenos como no patógenos, incluidas sus formas de resistencia (por ejemplo las esporas, que son formas de resistencia de los gérmenes para poder sobrevivir en condiciones desfavorables del medio ambiente, como calor o frío excesivo, desecación, etc). La esterilización sólo se puede aplicar sobre objetos o material inanimado, mientras que la desinfección se aplica sobre objetos (desinfectantes) y sobre tejidos vivos (antisépticos). Un objeto aséptico es un objeto estéril y, al trabajar con él, decimos que se actúa con asepsia. La piel no se esteriliza sino que se desinfecta.

Se dice que un ambiente es estéril cuando se han eliminado todos los microorganismos del mismo. La esterilidad se puede alcanzar usando procedimientos físicos (calor, radiaciones), químicos o mecánicos (filtración). Sin embargo, los procedimientos de esterilización son costosos y, en ciertas ocasiones, desaconsejables. Por ejemplo, la esterilización completa de ciertos alimentos no es posible sin destruir sus características nutritivas. Se dice que un ambiente es aséptico cuando se han eliminado todos los microorganismos patógenos. Un ambiente aséptico no tiene porqué ser estéril. La asepsia también se puede conseguir por procedimientos físicos y químicos. Se denominan antibióticos aquellas substancias que interfieren el crecimiento y la supervivencia de los microorganismos mediante una interacción específica con alguno de sus componentes celulares. Debido a esta especificidad, los antibióticos tienen un espectro de acción limitado; esto es, en general son activos frente a ciertos microorganismos e inactivos frente a otros, lo que permite usarlos como agentes selectivos. Se denominan antisépticos aquellos compuestos químicos que desarrollan su acción letal inteaccionando de forma inespecífica con los componentes celulares de forma que no existe una acción selectiva frente a grupos de microorganismos sino que su acción es más general. Los antisépticos no suelen ser demasiado tóxicos y pueden aplicarse sobre tejidos vivos. Los diferentes tipos de microorganismos o de sus formas de desarrollo (esporas vs. células vegetativas) tienen diferentes grados de sensibilidad a los tratamientos físicos o químicos. Además, el uso de antibióticos supone una presión selectiva sobre las poblaciones bacterianas que puede llevar a la substitución de las poblaciones del microorganismo sensibles al antibiótico por otras que han desarrollado mecanismos de resistencia frente al mismo. 7.3 CONDICIONES QUE INFLUYEN EN LA ACCION ANTIMICROBIANA

La destrucción de los microorganismos y la inhibición del crecimiento no es un proceso simple, debido a que la eficacia de un agente antimicrobiano es afectada por varios factores: 1. Tamaño de la población: Debido a que la muerte es exponencial, una población muy grande requiere de mayor tiempo. 2. Tipo de microorganismo: las células vegetativas en desarrollo son mucho más susceptibles que las esporas. 3. Estado fisiológico de las células: las células jóvenes son más vulnerables que las viejas. 4. Composición de la población: la eficiencia del antimicrobiano varía considerablemente con respecto a la naturaleza de los organismos que son tratados porque su susceptibilidad es distinta. Por ejemplo: las endosporas bacterianas son más resistentes que las células vegetativas, las células jóvenes mueren con mayor facilidad y algunas especies soportan mejor condiciones adversas. 5. Concentración o intensidad del agente antimicrobiano: A menudo, pero no siempre, entre mayor sea la concentración del agente químico o más intenso agente físico, más rápidamente se destruyen los microorganismos. Pero generalmente la eficiencia no está relacionada con la concentración o intensidad. (alcohol) 6. 4. Tiempo de exposición: cuanto más tiempo se exponga una población a un determinado agente, más organismos se destruirán. 7. Temperatura: A menudo, un aumento en la temperatura aumenta la actividad de un agente químico. 8. Ambiente y entorno: la población que se quiere destruir no se encuentra aislada, está rodeada de diversos factores ambientales que pueden protegerla o facilitar su destrucción:

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El calor es más eficaz en un medio ácido que en uno alcalino.

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La consistencia del material, acuoso o viscoso, influye marcadamente en la penetración del agente.

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Las concentraciones altas de carbohidratos aumentan, por lo general, la resistencia térmica de los organismos.

La presencia de materia orgánica extraña reduce notablemente la eficacia de los agentes químicos antimicrobianos por inactivar éstos o proteger al microorganismo.

Modo de acción de los antimicrobianos:    

Alteración de la permeabilidad de la membrana citoplasmática Daño a la pared celular o inhibición de la síntesis de sus componentes Alteración del estado físico químico de las proteínas y ácidos nucleicos, o inhiben su síntesis. Inhibición enzimática

7.4 CONTROL DE CRECIMIENTO MICROBIANO MEDIANTE AGENTES FISICOS 1.- Altas Temperaturas La alta temperatura combinada con un alto grado de humedad es uno de los métodos más efectivos para destruir microorganismos. Hay que distinguir entre calor húmedo y calor seco. El húmedo mata los microorganismos porque coagula sus proteínas siendo más rápido y efectivo que el calor seco que los destruye al oxidar sus constituyentes químicos. La acción letal del calor es una relación de temperatura y tiempo afectada por muchas condiciones. Por ejemplo, las esporas de Clostridium botulinum son destruidas en 4 a 20 minutos a 120° C en calor húmedo, mientras que se necesitan alrededor de 2 horas de exposición al calor seco para obtener los mismos resultados. Formas de aplicación de calor húmedo: (se utiliza para soluciones acuosas) - Autoclave: El calor en la forma de vapor a saturación y a presión es el agente más práctico para esterilizar ya que el vapor a presión proporciona temperaturas superiores a las que se obtienen por ebullición. El aparato utilizado se llama autoclave (una olla que regula la presión interna y el tiempo). Los autoclaves de laboratorio se emplean generalmente a una presión de vapor de una atmósfera por encima de la presión atmosférica lo cual corresponde a una temperatura de 120° C. El tiempo de exposición depende del volumen del líquido, de tal manera que para volúmenes pequeños (hasta unos 3 litros) se utilizan 20 minutos a 120° C; si los volúmenes son mayores debe alargarse el tiempo de tratamiento. Algunos materiales no se deben esterilizar en el autoclave. Sustancias que no se mezclan con el agua no pueden ser alcanzadas por el vapor sobreviviendo los microorganismos que contengan. Otras sustancias se alteran o son destruidas por tratamientos prolongados de calor empleándose en estos casos otros métodos de esterilización.

Tindalización: Se utiliza cuando las sustancias químicas no pueden calentarse por encima de 100° C sin que resulten dañadas. Consiste en el calentamiento del material de 80 a 100° C hasta 1 hora durante 3 días con sucesivos períodos de incubación. Las esporas resistentes germinarán durante los períodos de incubación y en la siguiente exposición al calor las células vegetativas son destruidas. - Pasteurización: La leche, nata y ciertas bebidas alcohólicas (cerveza y vino) se someten a tratamientos de calor controlado que sólo matan a ciertos tipos de microorganismos pero no a todos. La leche pasteurizada no es estéril. La temperatura seleccionada para la pasteurización se basa en el tiempo térmico mortal de microorganismos patógenos (es el tiempo más corto necesario para matar una suspensión de bacterias a una temperatura determinada). Mycobacterium tuberculosis es de los microorganismos patógenos más resistentes al calor que puede transmitirse por la leche cruda y se destruye en 15 minutos a 60° C. Posteriormente se descubrió que Coxiella burnetti, agente causal de la fiebre Q, se encuentra a veces en la leche y es más resistente al calor que Mycobacterium tuberculosis por lo que la pasteurización de la leche se realiza a 62,8° C durante 30 minutos o a una temperatura ligeramente superior, 71,7° C durante 15 segundos (Flash-Pasteurización). Formas de aplicación por calor seco: (se utiliza para materiales sólidos estables al calor) Horno Pasteur: El calor seco se utiliza principalmente para esterilizar material de vidrio y otros materiales sólidos estables al calor. El aparato que se emplea es el horno Pasteur. Para el material de vidrio de laboratorio se consideran suficientes dos horas de exposición a 160° C. Incineración: La destrucción de los microorganismos por incineración es una práctica rutinaria en los laboratorios. Las asas de siembra se calientan a la llama de mecheros Bunsen. La incineración también se utiliza en la eliminación de residuos hospitalarios. 2.- Bajas Temperaturas 

En general, el metabolismo de las bacterias está inhibido a temperaturas por debajo de 0° C. Sin embargo estas temperaturas no matan a los microorganismos sino que pueden conservarlos durante largos períodos de tiempo. Esta circunstancia es aprovechada por los microbiólogos para conservar los microorganismos indefinidamente. Los cultivos de microorganismos se conservan congelados a -70° C o incluso mejor en tanques de nitrógeno líquido a -196° C.

3.- Radiaciones

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A.- Radiaciones ionizantes Rayos gamma: Las radiaciones gamma tienen mucha energía y son emitidas por ciertos isótopos radiactivos como es el Co60 pero son difíciles de controlar ya que este isótopo emite constantemente los rayos gamma en todas direcciones. Estos rayos gamma pueden penetrar los materiales por lo que un producto se puede empaquetar primero y después esterilizar. Rayos catódicos (Radiación con haz de electrones): Se usan para esterilizar material quirúrgico, medicamentos y otros materiales. Una ventaja es que el material se puede esterilizar después de empacado (ya que éstas radiaciones penetran las envolturas) y a la temperatura ambiente. B.- Radiaciones no ionizantes Luz ultravioleta: La porción ultravioleta del espectro incluye todas las radiaciones desde 15 a 390 nm. Las longitudes de onda alrededor de 265 nm son las que tienen mayor eficacia como bactericidas (200 - 295 nm). Se usan para reducir la población microbiana en quirófanos, cuartos de llenado asépticos en la industria farmacéutica y para tratar superficies contaminadas en la industria de alimentos y leche. La luz UV tiene poca capacidad para penetrar la materia por lo que sólo los microorganismos que se encuentran en la superficie de los objetos que se exponen directamente a la acción de la luz UV son susceptibles de ser destruídos. 4.- Filtración Algunos materiales como los líquidos biológicos (suero de animales, soluciones de enzimas, algunas vitaminas y antibióticos) son termolábiles. Otros agentes físicos como las radiaciones son perjudiciales para estos materiales e imprácticos para esterilizarlos, por lo que se recurre a la filtración a través de filtros capaces de retener los microorganismos. Los microorganismos quedan retenidos en parte por el pequeño tamaño de los poros del filtro y en parte por adsorción a las paredes del poro durante su paso a través del filtro debido a la carga eléctrica del filtro y de los microorganismos. Debido al pequeño tamaño de los virus, nunca es posible tener certeza de que, por los métodos de filtración que dejan libre de bacterias una solución, se van a eliminar también los virus. 

A.- Filtros de membrana Los filtros de membranas son discos de ésteres de celulosa con poros tan pequeños que previenen el paso de los microorganismos. Existen distintos tipos de filtro dependiendo del tamaño de poro. Estos filtros son desechables. Además de utilizarse en la esterilización de líquidos se usan en el análisis microbiológico de aguas ya que concentran los microorganismos existentes en grandes volúmenes de agua. B.- Filtros HEPA Un filtro HEPA (High Efficiency Particulate Air) está compuesto por pliegues de acetato de celulosa que retienen las partículas (incluídos los microorganismos) del aire que sale de una campana de flujo laminar. 5.- Desecación 

La desecación de las células vegetativas microbianas paraliza su actividad metabólica. Este proceso físico se utilizaba ampliamente antes del desarrollo de la refrigeración. El tiempo de supervivencia de los microorganismos después de desecados depende de muchos factores, entre ellos la especie microbiana. En general, los cocos Gram (-) son más susceptibles a la desecación que los cocos Gram (+). Las endoesporas bacterianas son muy resistentes a la desecación pudiendo permanecer viables indefinidamente.

7.4

CONTROL DE CRECIMIENTO MICROBIANO MEDIANTE AGENTES QUÍMICOS

El fenol y sus derivados El fenol se adhiere a superficies inertes y proporciona lo que se llama una desinfección residual. Su acción se prolonga por varias horas. Los compuestos de fenol pueden actuar como microbicidas o microbiostáticos dependiendo de la concentración que se utilice. Los fenoles poseen efecto germicida pues dañan la membrana y desnaturalizan las proteínas bacteriales. Uno de los derivados del fenol se llama cresol; éstos tienen un efecto germicida superior al fenol. Los cresoles se usan en jabones líquidos (ej. lysol es un jabón más un cresol). Otro derivado del fenol es el hexaclorofeno, el cual se usa en jabones para las manos (en cirugía y hospitales). Un ejemplo de este último es el Phisohex. El fenol y sus derivados por lo general no matan esporas.

Los alcoholes Los alcoholes dañan la membrana, desnaturalizan las proteínas, disuelven lípidos y deshidratan la célula. La concentración más efectiva de alcohol es el 70% y los más utilizados son el alcohol etílico e isopropílico. Halógenos Los halógenos actúan sobre los microorganismos oxidando las proteínass y enzimas esenciales. No matan las esporas. Los halógenos más comunmente usados son el cloro y el iodo. 1. El cloro Es uno de los desinfectantes más usados y es microbicida contra la mayoría de los microorganismos. Se usa para limpiar las aguas contaminadas y se aplica en agua potable. 2. El iodo Se utiliza comúnmente como un antiséptico y es uno de los mejores que hay para la piel. Se aplica principalmente como tintura de iodo. Es microbicida para la mayoría de los organismos. El iodo también se emplea como iodóforo (compuesto de iodo con otros agentes). Los iodóforos no manchan ni irritan, un ejemplo es el betadine. Metales pesados y sus compuestos La acción antimicrobial de los metales pesados y sus compuestos se debe a la combinación del ión metálico con proteínas y las enzimas del microorganismo, dañando así el sistema.  Compuestos de mercurio Los más importantes de este grupo son los orgánicos como: mercurocromo, metiolato y metafen. Todos estos se usan como antisépticos y son principalmente microbiostáticos.  Compuestos de plata El más que se usa es el nitrato de plata en solución al 1% y se usa en los ojos de los recién nacidos.  Compuestos de cobre El sulfato de cobre se usa para controlar el crecimiento de algas en las piscinas. Tintes Algunos tintes se usan como agentes selectivos en medios de cultivos por su efecto bacteriostático. Ejemplos de estos tintes son el cristal violeta (violeta geneciana), azul de metileno, eosina, “carbol fuchsin”, verde brillante. Estos tintes inhiben las bacterias Gram+. El modo de acción no está claro, pero se cree que intervienen en los procesos de oxidación celular. Jabones y detergentes Un jabón es una sal de sodio o de potasio de un ácido graso. Los agentes que reducen la tensión superficial del agua (surfactantes) y que se emplean principalmente para la limpieza de superficies se llaman detergentes (el jabón es un ejemplo de un detergente). Los detergentes se clasifican en catiónicos, aniónicos y no-iónicos. Los detergentes catiónicos son mejores desinfectantes

que los demás. Otro nombre con que se conocen a los detergentes catiónicos son cuaternarios de amonio. Estos son bacteriostáticos a bajas concentraciones y bactericidas a concentraciones mayores. Ejemplos de estos compuestos son el Zephiran y el Roccal, que se usan como antisépticos para la piel, además de usarse para el saneamiento de lecherías y plantas elaboradoras de alimentos. Estos compuestos no matan esporas. Ácidos Hay una serie de ácidos orgánicos que se usan como conservantes en muchos alimentos como el ácido acético, ácido benzoico, ácido láctico, ácido propiónico y ácido sórbico. El ácido baja el pH y esto desnaturaliza las proteínas. No matan las esporas.

Oxido de etileno: El requerimiento esencial para un agente químico esterilizante es que sea volátil así como tóxico para los microorganismos, de manera que pueda ser fácilmente eliminado del objeto esterilizado después del tratamiento. Normalmente se utiliza el óxido de etileno, un líquido que hierve a 10,7° C. Se usa en la industria para la esterilización de placas Petri, jeringas y otros objetos de plástico que se funden a temperaturas superiores a los 100° C. Debido a su alto poder de penetración estos objetos se empaquetan primero y después se esterilizan. El óxido de etileno actúa inactivando enzimas y otras proteínas que contienen grupos sulfidrilos (R-SH) mediante una reacción llamada alquilación (R-S-CH2CH2O-H). Glutaraldehido: Una solución acuosa al 2% presenta una amplia actividad antimicrobiana. Es efectivo frente a virus, células vegetativas y esporas de bacterias y hongos. Se usa en medicina para esterilizar instrumentos urológicos y ópticos. http://webcd.usal.es/Web/educativo/micro2/tema08.html http://www.slideshare.net/Arigato/control-de-microorganismos http://facultad.bayamon.inter.edu/yserrano/factoresfisicosqui.htm