Análisis de riesgo del agua utilizada en sistemas hidropónicos para el cultivo de Latuca sativa L. en Puerto Rico

Abstract

Foodborne diseases cause 48 million people annually to suffer health problems due to the presence of pathogens in their food. This represents a concern in terms of the people affected and the economic cost for public health, which could be prevented (Olaimat y Holley, 2012). Outbreaks of food-borne diseases associated with fruits and vegetables continue in the United States and worldwide. Although the source of contamination of leafy vegetables has not been determined, factors such as longer shipping distances and increased time between harvest and consumption can affect the safety of the food. Likewise, high demand for these products can result in unsuitable growing areas near agricultural breeding sites. Another factor that may be a source of contamination is the water supply. Agricultural water represents a potential source of pathogenic microorganisms requiring analysis and monitoring to determine its sanitary quality. In this research, four farms located in three municipalities: Hormigueros, Lares and San Germán, P.R., which grow lettuce (Latuca sativa L.) in hydroponic systems, were selected. Three farms use well water as their water supply and one of them uses potable water. Six sampling points were established in each farm, four in the hydroponic system, one in the source of the water (well water or potable water) and one in the storage tank. The water samples were taken from the different points at different times (0-5, 15-20 and 30-35 days) during the growing period until harvest. A bacteriological count of Escherichia coli was taken using selective media like m-Endo Agar LES and m-FC agar to determine the water quality and verify if the agricultural water complied with the Food Safety Modernization Act (FSMA) - Produce Safety Rule (PSR). The isolated colonies were inoculated in MacConkey sorbitol media to detect the presence of E. coli O157:H7. After performing an ANOVA to the number of presumptive colonies of Escherichia coli isolated from the water of farms whose supply was well water (Farm 1, Farm 2, Farm 3), it was observed that there was a significant difference between the sampling points analyzed (p < 0.0001). For the sampling points distribution tank (TD), starting point (PI), middle point (PM) and end point (PF) the averages of colonies were 3.39, 3.40, 3.39 and 3.35 log CFU/100mL of water respectively. The farms were not in compliance with the microbiological standards (2.10 log CFU of E. coli/100mL) established in the Produce Safety Rule (PSR) for the aforementioned points. For the sampling points of the well (P) and storage tank (TA), the farms were in compliance because the averages of colonies were 0.71 and 0.55 log CFU/100mL of water respectively. The preliminary results of the farm, whose supply was potable water (Farm 4), was not in compliance with the microbiological standards at the sampling points: distribution tank (TD), starting point (PI), midpoint (PM) and end point (PF). The reported values were 3.49, 3.43, 3.46 and 3.47 log CFU/100mL of water respectively for the aforementioned points. For the tap point (G) and storage tank (TA), the farm whose supply was potable water was in compliance, because the reported values were 0.00 log CFU/100mL of water for both points. These results suggest that the problem of contamination lies in the hydroponic system. It is recommended to use chemicals such as sodium hypochlorite, calcium hypochlorite or chlorine dioxide to treat the water and the implementation and validation of a cleaning and sanitizing program in the hydroponic system to eliminate microorganisms that cause diseases. Another strategy to treat water could be heat sterilization, ozone injection, exposure to ultraviolet radiation (UV-C), membrane filtration or ultrasound (US). In addition to these results, the presence of E. coli O157: H7 in the analyzed water samples were preliminarily detected for farms 1 and 3.

Las enfermedades transmitidas por alimentos causan anualmente que 48 millones de personas sufran problemas de salud debido a la presencia de patógenos en los alimentos ingeridos. Esto representa una preocupación en términos de las personas afectadas y el costo económico que implica para la salud pública, lo cual puede prevenirse (Olaimat y Holley, 2012). Los brotes de enfermedades transmitidas por alimentos asociados a frutas y vegetales de hoja continúan tanto en Estados Unidos, como a nivel mundial. Aunque la contaminación de vegetales de hoja no se ha determinado, diversos factores pueden influir en la misma como una larga distancia de envío, el tiempo entre la cosecha y el consumo del alimento aumenta y dado a la alta demanda, estos podrían haber sido cultivados cerca de lugares de crianza de animales. Otro factor que puede ser la fuente de contaminación es el agua contaminada. El agua de uso agrícola representa una fuente potencial de microorganismos. Esta puede ser un vehículo de contaminación de patógenos, por lo que es necesario su análisis y monitoreo. Es por esta razón que es importante determinar la calidad sanitaria del agua para uso agrícola. En esta investigación se seleccionaron cuatro granjas localizadas en tres municipios: Hormigueros, Lares y San Germán, Puerto Rico, que cultivan lechuga (Latuca sativa L.) en sistemas hidropónicos. Tres granjas utilizan agua de pozo como suministro de agua y una de ellas utiliza agua potable. Se establecieron seis puntos de muestreo en cada granja, cuatro puntos en el sistema hidropónico, uno en la fuente del agua (pozo ó grifo) y uno en el tanque de almacenamiento. Se tomaron muestras de agua de los diferentes puntos en diferentes tiempos (0-5, 15-20 y 30-35 días) durante el período de cultivo hasta su cosecha. Se hizo un conteo bacteriológico de Escherichia coli utilizando medios selectivos y diferenciales como m-Endo Agar LES y m-FC agar para verificar si el agua utilizada estaba en cumplimiento con la Ley de modernización de la inocuidad de los alimentos - Norma de inocuidad de productos agrícolas frescos (FSMA - PSR, por sus siglas en inglés). Las colonias aisladas también fueron inoculadas en el medio de cultivo MacConkey sorbitol para detectar la presencia de E. coli O157:H7. Luego de realizar un ANOVA para la cantidad de colonias presuntivas de Escherichia coli aisladas del agua cuyas granjas tienen como suministro agua de pozo (Granja 1, Granja 2, Granja 3), se observó que había diferencia significativa entre los puntos de muestreo analizados (p < 0.0001). Para los puntos de muestreo: tanque de distribución (TD), punto inicial (PI), punto medio (PM) y punto final (PF) los promedios de colonias fueron 3.39, 3.40, 3.39 y 3.35 log UFC/100mL de agua respectivamente. Estas no están en cumplimiento con los estándares microbiológicos (2.10 log UFC de E. coli/100mL de agua) establecidos en la Norma de inocuidad de productos agrícolas frescos para los puntos antes mencionados. Para los puntos de muestreo del pozo (P) y tanque de almacenamiento (TA) las granjas se encontraron en cumplimiento, ya que los promedios de colonias aisladas fueron de 0.71 y 0.55 log UFC/100mL de agua respectivamente. Los resultados preliminares de la granja cuyo suministro era de agua potable (Granja 4) sugieren que ésta no está en cumplimiento con los criterios microbiológicos para los puntos de muestreo del tanque de distribución (TD), punto inicial (PI), punto medio (PM) y punto final (PF). Los valores reportados fueron 3.49, 3.43, 3.46 and 3.47 log UFC/100mL de agua respectivamente para los puntos antes mencionados. Para los puntos del grifo (G) y tanque de almacenamiento (TA) ésta se encuentra en cumplimiento, ya que se reportaron valores de 0.00 log UFC/ 100mL de agua. Estos resultados sugieren que el problema de contaminación radica en el sistema hidropónico, por lo que se recomienda establecer estrategias para el tratamiento del agua. Se recomienda la utilización de químicos como hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio o dióxido de cloro para tratar el agua e implementar y validar un programa de limpieza y sanitización del sistema hidropónico para eliminar microorganismos causantes de enfermedades. Otras estrategias para tratar el agua podrían ser la esterilización por calor, inyección de ozono, exposición a radiación ultravioleta (UV-C), filtración por membrana o ultrasonido (US). Además de esto se pudo detectar de manera preliminar la presencia de E. coli O157:H7 en las muestras de agua analizadas para las granjas 1 y 3.