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HIGIENE E SEGURANÇA ALIMENTAR

3. Crescimento microrganismo nos alimentos

Paula Coutinho2008/2009

CRESCIMENTO

• Convencionalmente o significado de crescimento microbiano aplica-

se à reprodução (multiplicação) dos microrganismos, ou, mais

propriamente ao concomitante crescimento de populações ou de

comunidades microbianas.

Como resultado do crescimento, de cada vez que duplica o número de

células duma população dá-se uma geração.

tempo de geração - tempo que uma determinada população leva

para duplicar o seu número

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� As bactérias dividem-se em duas por fissão binária e aumentam o

seu número de forma geométrica em que a sua população duplica

a cada tempo de geração.

� Em condições propícias (nutricionais e ambientais) a maior parte

dos microrganismos duplica o seu número em poucas horas (1-3

h), contudo alguns têm curtos tempos de geração (10 min.) e

outros têm-nos muito longos (6 dias).

Separação

Divisão

Septo

Uma célula divide-se e dá origem a duas;depois a nova célula duplica-se dandoorigem a quatro células, depois a outrasoito e assim sucessivamente.

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Divisão celular bacteriana

Um processo de divisão comum em Eukarya (leveduras, algas unicelulares) é a gemulação, que também se verifica em algumas espécies de Bacteria

Cinética do crescimento

1. Fase Lag(adaptação ao meio)

2.Fase exponencial(crescimento logarítmico)

3.Fase estacionária(crescimento=morte)

4.Fase de morte (morte>crescimento)

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FASES1. Latencia

2. Logarítmica o exponencial

3. Estacionaria

4. Muerte o declive

Log

nº c

élul

as

viav

éis

Tempo

Poucas células

Células vivas

Células mortas

Fase de adaptação – O crescimento não se inicia logo a seguir à inoculação (adição do inóculo ou semente) da cultura. A duração (minutos a semanas), depende da vitalidade do inóculo e da adequação das novas condições do meio (disponibilidade de enzimas indutivas adequadas ao substrato oferecido). O crescimento é nuloou incipiente.

Curva de crescimento microbiano:fase lag ou de arranque/adaptação

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Fase inicial do crescimento microbiano em cultura caracterizada por ausência de divisão celular. Contudo, novos componentes são imediatamente sintetizados pelas células.

Esta fase é necessária porque:

• As células podem estar envelhecidas e portanto com depleção de ATP, cofactores essenciais, enzimas (por exemplo as que participam na replicação do ADN) e ribossomas. Estes compostos têm de ser sintetizados antes que o crescimento possa começar.

• O novo meio pode ser diferente do meio em que o organismo está e portanto novas enzimas terão que ser sintetizadas para utilizar novos nutrientes.

• Durante esta fase dá-se a replicação do ADN, a massa celular começa a aumentar e, finalmente, dá-se a divisão celular da bactéria.

• A duração desta fase varia com a condição em que se encontra o microrganismo e a natureza do meio. Pode ser longa se o organismo provém de uma cultura velha ou refrigerada, ou ainda se o novo meio for muito diferente do meio de onde as bactérias provêm. Pode ser curta ou praticamente inexistente quando se transfere uma cultura jovem em fase de crescimento exponencial para um meio fresco de igual composição.

• Durante esta fase os microrganismos crescem e dividem-se à taxa máxima.

• A taxa de crescimento é constante durante a fase exponencial o que significa que os microrganismos se dividem em intervalos regulares de tempo (tempo de geração, g) e a biomassa duplica igualmente nesses intervalos de tempo.

• Durante esta fase existe uma uniformidade populacional e bioquímica. Por este motivo, as culturas em fase exponencial são geralmente usadas em estudos fisiológicos e bioquímicos dos microrganismos.

Curva de crescimento microbiano:fase log ou exponencial

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Fase estacionária - Após a fase exponencial, as condições do meio alteram-se gradualmente ao ponto de tornar o crescimento cada vez mais lento até que este acaba por parar. Então, o número de total de células viáveis mantêm-se constante enquanto a taxa de crescimento igualar a taxa de morte celular.

Curva de crescimento microbiano:fase estacionária

• Nesta fase o crescimento populacional cessa e a curva d crescimento torna-se horizontal.

• Esta fase é geralmente atingida quando a população bacteriana se aproxima de 109 células por ml. Os protozoários atingem concentrações máximas de 106

células por ml.

• A densidade populacional depende da disponibilidade de nutrientes e do tipo de microrganismo que está em cultura.

• Nesta fase o número total de microrganismos viáveis mantêm-se constante. Isto pode ser o resultado de um equilíbrio entre divisão celular e morte celular, ou simplesmente o facto de a população parar de se dividir embora mantendo-se metabolicamente activa.

Curva de crescimento microbiano:fase estacionária

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Fase de declínio ou de morte celular -Quando o crescimento cessa completamente e o número de células viáveis decai rapidamente, o "ciclo" do crescimento termina com esta fase.

• Alterações ambientais como sejam a falta de nutrientes e o aumento de produtos tóxicos provenientes do próprio metabolismo celular conduzem a um declínio no número de células viáveis que é característico da fase de morte

Curva de crescimento microbiano:fase de morte ou declínio

Factores que influenciam o crescimento microbiano

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CRESCIMENTO BACTERIANO:FACTORES

1. Temperatura2. pH3. Meio de cultivo4. Inóculo

•Os factores que afectam o crescimento microbiano nos alimentos, econsequentemente as associações que desenvolvem, também determinam anatureza dos estragos e também levantam alguns riscos para a saúde.

• Por conveniência eles podem ser divididos em quatro grupos:

Factores IntrínsecosFactores IntrínsecosFactores IntrínsecosFactores Intrínsecos

Factores ExtrínsecosFactores ExtrínsecosFactores ExtrínsecosFactores Extrínsecos

Factores ImplícitosFactores ImplícitosFactores ImplícitosFactores Implícitos

Factores de ProcessamentoFactores de ProcessamentoFactores de ProcessamentoFactores de Processamento.

CRESCIMENTO BACTERIANOFactores que Afectam Crescimento Microbiano nos alimentos

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Factores Intrínsecos

• Acidez (pH)

• Humidade (Aw)

• Composição química ( nutrientes)

• Substâncias antimicrobianas naturais

• Microbiota competitiva

Factores Extrínsecos

• temperatura de conservação

• humidade relativa do ambiente

• composição gasosa do ambiente

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Factores AmbientaisEmbora muitas vezes seja conveniente examinar os factores que afectam ocrescimento microbiano individualmente, alguns interagem entre si.

Humidade Relativa

A humidade relativa e a actividade da água (aw), estão interrelacionados, ahumidade relativa é uma medida essencial para a actividade da água na fasegasosa.

Temperatura

O crescimento microbiano pode ocorrer numa gama de temperatura desde -8ºCaté 100ºC à pressão atmosférica. As bactérias têm uma temperatura óptima decrescimento aproximadamente pelos 35ºC.

CRESCIMENTO BACTERIANOFactores que Afectam Crescimento Microbiano nos alimentos

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• As bactérias vivem, em geral, em meios com elevada actividade aquosa (meios hipotónicos) em que a água entra na célula e poderia levar à lise osmótica se não existisse uma parede celular rígida.

• Para que não ocorra choque osmótico por excesso de diluição do citoplasma, a bactéria pode excretar activamente a água através das aquaporinas.

Vida bacteriana em meios com elevado aw

Vida bacteriana em meios com baixo aw• Em habitats com baixa actividade aquosa (meios hipertónicos), o microrganismo deve

manter uma alta concentração interna de solutos que retenham a água, caso contrário, a saída excessiva de água levaria à plasmólise e paragem do crescimento.

• Para evitar a saída de água, os microrganismos que vivem em habitats hipertónicosmantém a concentração osmótica do protoplasma sempre acima da concentração osmótica do seu meio ambiente recorrendo aos solutos compatíveis.

• Os solutos compatíveis são substâncias que permitem o crescimento e metabolismo celular mesmo em concentrações intracelulares elevadas.

• Os organismos osmotolerantes são capazes de acumular solutos compatíveis e podem crescer em habitats com aw ou concentração osmótica variável.

• Um exemplo de bactéria osmotolerante patogénica é o Staphylococcus aureus que pode viver na presença de cloreto de sódio a 30%.

Organismos osmotolerantes

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Valores de Atividade de água de diferentes alimentos

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Tabela 2. Valores de atividade de água para alimentos

Aa Tipos de alimentos

>0,98 carnes e pesacados frescos, leite, frutas e hortaliças

0,93 a <0,98 Leite evaporado, concentrados de tomate, carnes e pescados curados, sucos de frutas, queijos, pão e embutidos.

0,85 a <0,93 Leite condensado, salame, queijos duros,marmeladas.

0,60 a <0,85 Geléias, farinhas, frutas secas, pescado salgado.

<0,60 Doces, chocolate, mel, batatas fritas, ovos e leite em pó.

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0,99 0,75 0,61

BACTÉRIAS

FUNGOS

Alimentos frescos: aa 0,99

G +

G -

Fatores intrínsecos - Actividade de Água

• Os microrganismos são normalmente poiquilotérmicos, ou seja, a sua temperatura reflecte a do seu meio ambiente.

• A sensibilidade de reacções enzimáticas é um dos principais factores influenciados pela temperatura de crescimento dos microrganismos.

• A temperatura é um dos parâmetros mais importantes que influenciam o crescimento e sobrevivência dos microrganismos.

A taxa de reacções químicas é uma função directa da temperatura.

� As espécies que crescem a baixas temperaturas têm taxas de crescimento

mais lentas que os organismos de temperaturas moderadas, e muitíssimo

mais lentas que os de ambientes extremos quanto a temperatura.

Temperatura

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Figura 2Figura 2Figura 2Figura 2 – Efeito da temperatura na taxa de crescimento

(Moss e Adams, 1989)

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Dentro de uma certa margem um incremento da temperatura leva a um aumento

da actividade metabólica. Cada microrganismo tem uma temperatura mínima e

máxima abaixo e acima das quais não há crescimento.

Bactérias –99 ºC Fungos –60 ºC

Algas –55 ºC Protozoários –50 ºC

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GrupoGrupoGrupoGrupo

TemperaturaTemperaturaTemperaturaTemperatura

(ºC)(ºC)(ºC)(ºC)

MinimaMinimaMinimaMinima OptimaOptimaOptimaOptima MaximaMaximaMaximaMaxima

ThermophilosThermophilosThermophilosThermophilos 40-45 55-75 60-90

MesophilosMesophilosMesophilosMesophilos 5-15 30-40 40-47

PsychrophilosPsychrophilosPsychrophilosPsychrophilos obrigatóriosobrigatóriosobrigatóriosobrigatórios -5-+5 12-15 15-20

PsychrophilosPsychrophilosPsychrophilosPsychrophilos facultativosfacultativosfacultativosfacultativos -5-+5 25-30 30-35

Tabela– Gamas de temperaturas para o crescimento microbiano para os principais grupos

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• Na microbiologia alimentar os mesófilos e os Psicrófilos são geralmente os maisimportantes.

• Mesófilos

– Temperatura óptima aproximadamente 37ºC;

– Têm frequentemente origem nos humanos e animais;

– incluem alguns dos mais comuns patogénicos que causam doença como Salmonella,Staphylococcus aureus e Clostridium perfringens.

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Classificação dos alimentos em função do pH

Alimentos pouco ácidos ou de baixa acidez

• pH > 4,6 pH < 7,0 (bactérias).

Alimentos ácidos

• pH < 4,6 (leveduras, bolores e bactérias)

pH 4,6 é um marco abaixo do qual não há crescimento do Clostridium botulinun

Alimentos de elevada acidez:

• pH < 4,0 (BAL, leveduras e bolores)

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Valor de pH de alguns alimentos

Alimento

• Brócolos

• Espargos

• Couve de bruxelas

• Batata

• Maçã

• Morango

• Laranja (sumo)

• Frango

• carne bovina moída

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pH

6,5

5,7-6,1

6,3

5,3-5,6

2,9 – 3,3

3,0 –3,9

3,6 – 4,3

6,3 – 6,4

5,1 – 6,2

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Efeito do pH nos microrganismos

Efeito da concentração de H+ ou do ácido não dissociado:

H+ H+ H+ H+ H+H+ H+ H+ H+ H+

H+ H+ H+ H+ H+

H+ H+ H+H+ H+ H+

Ác. forteacidifica meio intracel.

H+H+ H+

Ác. fraco

•PERMEABILIDADE•TRANSPORTE•FOSFORILAÇÃO•TRANSPORTE E•ACIDIFICAÇÃO INTRACELULAR

Crescimento de microrganismos em função do pH

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Mecanismos de defesa dos microrganismos

contra os efeitos dos ácidos• Evitam a entrada de H+.

• Retiram H+ na proporção que eles entram.

• Evitam a destruição de componentes chave como o DNA e ATP, que necessitam de pH neutro.

• Produção de compostos neutros: Acetoína ou descarboxilação de aminoácidos.

H+ H+ H+H+H+

H+H+

Composição da Atmosfera

• A sua presença e a sua influência no potencial redox éimportante para determinar associações microbiológicas que sedesenvolvem, e a taxa de crescimento.

• O mecanismo de inibição do CO2 é a combinação de váriosprocessos. O efeito inibitório do dióxido de carbono (CO2) nocrescimento microbiano é aplicado no embalamento dealimentos em atmosfera modificada.

• O dióxido de carbono não tem um efeito uniforme nosmicrorganismos

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ambiente

manipuladoresequipamentos

Matériaprima

ALIMENTO

Origem microbiota dos alimentos

Composição dos Alimentos

• A capacidade dos microrganismos crescerem nos alimentos é determinada porfactores do seu ambiente interno (composição do alimento), tal como doambiente em que estes são armazenados.

•Estes factores incluem:

nutrientes; factores de crescimento e antimicrobianos;actividade da água (aw);pH;potencial oxidação-redução (Eh).

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O Crescimento Microbiano e a sua Implicação na Saúde dos Consumidores

• Numa avaliação relativa à relevância dos perigos associados comos alimentos foi concluído que os microrganismos têm umaimportância superior.

• Similarmente, o número estimado do risco resultado decontaminações microbianas por alimentos é 100 000 vezes maiorque o risco de contaminação por pesticidas.

• Os alimentos que mais frequentemente causam intoxicações naEuropa e América do Norte são os de origem animal: carne, leite,ovos, aves e produtos seus derivados.

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Medidas Preventivas

• A prevenção da contaminação depende da remoção das fontes, ou dacolocação de barreiras entre elas e os alimentos.

• Para prevenir a contaminação dos alimentos é essencial implementaralgumas boas práticas e utilizar tecnologias apropriadas nas diferentes fases:

– Fornecedores; - Descongelação;

– Recepção; - Arrefecimento;

– Refrigeração; - Modificação da atmosfera;

– Armazenamento de Congelados; - Manutenção a quente;

– Confecção; - Reaquecimento.

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Para onde vai a contaminação?

Medidas Preventivas

Fornecedores

• As matérias-primas utilizadas no fabrico de alimentos devem ser compradas afornecedores aprovados, e é esperado que estes fornecedores utilizemestratégias eficazes de satisfação de serviços e apoio aos clientes.

• A selecção inicial destes fornecedores pode estar baseada na avaliação de umdeterminado número de critérios :

– reputação nacional e/ou internacional;

–Capacidade para fornecer produtos de acordo com as especificações;

–disposição do fornecedor a submeter-se a ser auditado;

–certificado pelo ISO 9001:2000.

• Os requisitos técnicos e de qualidade das matérias-primas usadas no fabrico dealimentos devem estar claramente definidos e devem somente comprar-sematérias-primas que estejam de acordo com as especificações.

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Medidas Preventivas

Recepção

• A recepção insatisfatória pode introduzir problemas tais comoinsectos, roedores ou bolores nas áreas de produção.

• Para assegurar que os produtos respeitam as especificaçõesacordadas, são aconselhados sistemas de verificação eficazes edocumentados, os sistemas necessários irão depender do tipo deproduto e das condições de entrega.

• As verificações devem incluir: quantidade, temperatura, código,data e qualidade, etc.

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Medidas Preventivas

Refrigeração

• Os alimentos refrigerados são alimentos que precisam de serarmazenados no frio, o ponto de refrigeração é normalmente entre0 e 5ºC.

• Alimentos perecíveis como carne, lacticínios ou alimentosconfeccionados que não são imediatamente consumidos devemser armazenados no frio entre 1 e 4ºC.

• Estes limites de temperatura são importantes para prevenir ocrescimento microbiano.

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Medidas Preventivas

Refrigeração

• Se a refrigeração está continuamente a atingir os limites críticos, istopode ser resultado da quantidade de produtos estar acima dacapacidade da câmara.

• O ar nas câmaras de refrigeração deve circular livremente em torno dosprodutos pelo que deve ser tido o cuidado de armazenar os alimentos deforma a prevenir o desenvolvimento de pontos quentes

• A refrigeração não é um processo bactericida, o uso de matérias-primasde qualidade e boas práticas de fabrico são pontos-chave para aprodução e manutenção de alimentos refrigerados seguros.

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Medidas Preventivas

Armazenamento de produtos refrigerados

• Os alimentos congelados podem ser mantidos a temperaturas ≤-12ºC..

• A refrigeração ou armazenamento de produtos congelados pode ser consideradocomo ponto crítico de controlo uma vez que a refrigeração previne o crescimento,multiplicação e produção de toxinas por bactérias contaminantes.

• A congelação é uma técnica de sucesso pois consegue assegurar a manutenção dascaracterísticas iniciais do produto por um longo período de tempo, isto é sem quehaja alteração física, química, biológica e nutricional do produto.

• Os alimentos iniciam a congelação num intervalo de temperaturas entre 0.5 e -3ºC.

• A temperatura geralmente recomendada no armazenamento de produtoscongelados é de -18ºC.

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Medidas Preventivas

Confecção

• É um método de confiança para garantir a segurança dos alimentos.

• A literatura específica tem sugerido uma confecção de modo a que o centrodo alimento atinja uma temperatura de 70ºC durante pelo menos 2 minutosou alcançar pelo menos 75ºC, o que já é suficiente para destruir as bactérias.

• A confecção a temperaturas mais baixas é permitida para pratosgastronómicos.

• De qualquer modo a combinação tempo/ temperatura usada deve servalidada para assegurar a destruição das bactérias patogénicas e estespratos devem ser consumidos até 30 minutos após serem confeccionados, anão ser que sejam mantidos a 63ºC ou a uma temperatura superior.

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Medidas Preventivas

Descongelação

• A descongelação de alimentos é um processo mais lento que a congelação.

• Mesmo com alimentos de tamanho moderado a parte externa do alimentoestará na sua fase de descongelação muito antes do seu interior.

• A descongelação lenta à temperatura de refrigeração é geralmente arecomendada.

• Os alimentos devem ser descongelados em equipamentos apropriados ouse necessário serem descongelados usando o ciclo de descongelamento deum microondas.

• A descongelação nunca deve ser feita à temperatura ambiente pois na suasuperfície criam-se as condições favoráveis ao crescimento, multiplicação eprodução de toxinas por bactérias patogénicas.

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Medidas Preventivas

Arrefecimento

• Os alimentos confeccionados devem ser imediatamente arrefecidos.

• Se isto for inviável, o produto deve ser mantido num armário de frio durante90 minutos após a confecção.

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Medidas Preventivas

Modificação da atmosfera

• A atmosfera modificada tem efeito principalmente na inibição docrescimento de microrganismos aeróbios. Os microrganismos anaeróbiosobrigatórios e facultativos são menos afectados.

• Na prática três procedimentos diferentes são usados para modificar aatmosfera em torno do produto:

– embalamento a vácuo;

– embalamento em atmosfera modificada;

– atmosfera controlada.

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Atmosfera modificada

Medidas Preventivas

• Um factor essencial para as três técnicas é o material da embalagem queajuda a excluir o oxigénio atmosférico e retêm a humidade.

• O embalamento em vácuo do produto tem lugar numa embalagem em queo ar é removido, fazendo com que a embalagem colapse à volta do produtoantes de ser selado.

• O oxigénio residual na embalagem é absorvido através de reacções químicascom componentes do produto e qualquer actividade residual do produto eda sua microflora.

• Para alcançar melhores resultados, é importante que o material a serembalado tenha uma forma que permita que o filme da embalagem colapsena superfície do produto – sem bolsas ou sem que o produto danifique ofilme.

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Medidas Preventivas

• No embalamento em atmosfera modificada, é alterada a composição dos gasesque rodeiam o produto. Essa alteração é feita com uma mistura de gásnormalmente contendo uma combinação de dióxido de carbono, oxigénio e azoto.

• A composição do gás da atmosfera durante o armazenamento do produto resultada respiração microbiana, dissolução de CO2 na fase aquosa, e dos diferentes grausde troca de gases através da membrana da embalagem.

• No armazenamento em atmosfera controlada, o ambiente do produto é mantidoconstante enquanto é armazenado. Isto é usado no armazenamento e transportede alimentos, particularmente frutas e vegetais.

• Isto tem um efeito retardatário da danificação do produto com bolor através deuma combinação do efeito inibitório do CO2 nos bolores e a sua capacidade comoantagónico do etileno, atrasando o apodrecimento e mantendo a sua capacidadepara resistir a infecções por fungos.

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Medidas Preventivas

Manutenção a quente

• É uma medida temporária e deve ser aplicada por um curto período de tempo.

• Os alimentos devem ser colocados em banho-maria ou outros aparelhos demanutenção a quente a temperaturas mantidas acima de 63ºC o que retardará ocrescimento e a produção de toxinas pelas bactérias.

Reaquecimento

• Os alimentos pré-cozinhados que não são servidos a temperaturas de refrigeraçãodevem ser reaquecidos imediatamente após saírem das câmaras de refrigeração auma temperatura não inferior a 70ºC.Não devem ser reaquecidos mais do que 1vez.

• O reaquecimento destruirá a maioria das células das bactérias, no entanto astoxinas já formadas irão manter-se.

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Teoria dos Obstáculos de Leistner

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A combinação de factores extrínsecos e factores intrínsecos pode servir como “obstáculos” ou “barreiras” aos ataques dos microrganismos

Teoria dos obstáculos - Leistner

• São os factores intrínsecos e extrínsecos que afectam a vida e a morte dos microrganismos

• A acção conjunta ou de mais de dois factores podem potencializar ou não e até limitar, o efeito isolado dos factores sobre os microrganismos▫ impede a deterioração e

▫ veiculação de doenças

▫ aumenta a vida útil dos produtos

▫ garante a qualidade dos alimentos

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