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Fatores que controlam o desenvolvimento microbiano nos alimentos
Estefânia Fernandes Garcia
Recife, 2009
ALIMENTOS
Fonte de energia e micronutrientes
para o desenvolvimento
dos microrganismos Patogênicos e deterioradore
s
Sobrevivência e crescimento microbiano
FATORES
INTRÍNSECOS
=Característicasdo ALIMENTO
EXTRÍNSECOS =
Características do AMBIENTE
onde o alimento se encontra
ALIMENTOpH
Aa
Eh
Composição química
Constituintes
antimicrobianos
AMBIENTE
Temperatura
Umidade relativa
Composição gasosa da atmosfera
Estrutura biológica
Interação entre microrganismos
Fatores Intrínsecos
Atividade de água
ÁGUA ÁGUA NOSNOS
ALIMENTOSALIMENTOS
Forma ligada: Conectada a
macromoléculas, não disponível
para reações
Atividade de águaAtividade de água ou AaAa ou AwAw é o parâmetro que mede a disponibilidade de água em um alimento
Forma livre:Disponível para
os microrganismos e para reações
químicasFRANCO, 1996
Atividade de água
Definição: Relação existente entre a pressão parcial de vapor da água contida em uma solução ou no alimento (P)(P) e a pressão parcial de vapor da água pura (Po)(Po), a uma dada temperatura:
Aa = P/PoAa = P/Po
FRANCO, 1996
Atividade de água
Aa= 1Aa= 1 apenas para a água pura
0 < Aa < 10 < Aa < 1 alimentos e soluções em geral
Ex: Frutas frescas Aa> 0,97 Cereais Aa= 0,1 – 0,2
Açúcar Aa= 0,1 Solução de NaCl a 22% Aa= 0,86
FRANCO, 1996; JAY, 2005
Atividade de água
AlimentoAlimento AwAw
Frutas frescas e vegetais > 0,97
Aves e pescado frescos > 0,98
Carnes frescas > 0,95
Ovos 0,97
Pão 0,95 a 0,96
Queijos (maioria) 0,91 a 0,99
Queijo parmesão 0,68 a 0,76
Geléia 0,75 a 0,80
Frutas secas 0,51 a 0,89
Cereais 0,10 a 0,20
Tabela 1 - Valores aproximados de Aa de alguns alimentos
JAY, 1992
Atividade de águaAa para multiplicação dos microrganismos:
Aa mínima 0,60 mínima 0,60 Aa ótimaótima Aa máxima Aa ligeiramente < 1máxima Aa ligeiramente < 1
Ordem decrescente de necessidade de Ordem decrescente de necessidade de alta Aa:alta Aa:
Bactérias > Leveduras > BoloresBactérias > Leveduras > BoloresFRANCO, 1996; JAY, 2005
Atividade de água
Tabela 2 - Valores de Aa para multiplicação de Microrganismos importantes em alimentos
MicrorganismosMicrorganismos Valor mínimo de AaValor mínimo de Aa
Maioria das bactérias deteriorantes
0,91
Maioria das leveduras 0,88
Maioria dos bolores 0,80
Bactérias halofílicas 0,75
Bolores xerofílicos 0,65
Leveduras osmofílicas 0,61
JAY, 2005
S. aureus Aa= 0,86
Atividade de água
Com a da Aa capacidade de crescimento dos microrganismos
O intervalo de Aa para o crescimento microbiano é maiormaior na temperatura ótima de crescimento e em maior disponibilidade de nutrientes
Aa pode chegar a cessar a produção de enterotoxina por S. aureus
JAY, 2005
pH
pHpH mede a concentração de íons H+ no alimento
0 < pH < 14
pH
pH= 6,5 – 7,0 permite o crescimento da maioriamaioria dos microrganismos
Ordem decrescente de tolerância dos microrganismos a baixos valores de pH:
Bolores > Leveduras > Bactérias láticas > Bolores > Leveduras > Bactérias láticas > Demais bactériasDemais bactérias
Bactérias patogênicas são ainda + exigentes
pHTabela 3 - Valores de pH para multiplicação de microrganismosTabela 3 - Valores de pH para multiplicação de microrganismos
MicrorganismMicrorganismoo
pHpH
MínimoMínimo ÓtimoÓtimo MáximoMáximo
Bactérias (maioria)
4,54,5 6,5 – 7,0 9,0
Leveduras 1,5 – 3,5 4,0 – 6,5 -
Bolores 1,5 – 3,5 4,5 – 6,8 8,0 – 11,0
JAY, 2005
* Os limites representados não são precisos, uma vez que esses valores são dependentes de outros parâmetros de crescimento como o tipo de ácido presente
pH
ProdutoProduto pHpH
Azeitona 3,6-3,8
Batata inglesa
5,3-5,6
Brócolis 6,5
Tomate 4,2-4,3
Banana 4,5-4,7
Laranja (suco)
3,6-4,3
Melão 6,3-6,7
Lima 1,8-2,0
Tabela 4 – Valores aproximados de pH de alguns alimentos
ProdutoProduto pHpH
Leite 6,3-6,5
Queijo 5,9
Presunto 5,9-6,1
Frango 6,2-6,4
Vitela 6,0
Camarão 6,8-7,0
Peixes 6,6-6,8
Ostra 4,8-6,3
pH
Classificação dos alimentos segundo o pH
Alimentos de baixa acidez: pH > 4,5pH > 4,5 Alimentos ácidos: 4,0 < pH <4,54,0 < pH <4,5 Alimentos muito ácidos: pH < 4,0pH < 4,0
pH < 4,5 não ocorre crescimento de Clostridium botulinumClostridium botulinum
pH 4,0 é o mínimo para o crescimento da maioria das bactérias
pH
Alimentos de baixa acidez (pH > 4,5)Crescimento tanto de espécies patogênicas quanto
deteriorantes
Alimentos ácidos (4,0 < pH <4,5)Crescimento predominante de leveduras, bolores e
algumas bactérias láticas
Alimentos muito ácidos (pH < 4,0)Crescimento quase restrito a bolores e leveduras
pH
Acidez nos alimentos pode ser:
INERENTE:INERENTE: referente aos componentes químicos do alimento, por exemplo, laranja-ácido cítrico
BIOLÓGICA:BIOLÓGICA: devido a presença de presença de microrganismosmicrorganismos que acidificam o alimento, por exemplo, leites fermentados e iogurtes
pH
Efeito do pH sobre os microrganismos
Desnaturação das proteínas e enzimas da membrana celular;
Alteração do metabolismo da célula; Maior gasto de energia devido a tentativa
de tornar o pH do meio favorável ao microrganismo;
Retardo no crescimento dos microrganismos.
Potencial de oxidação-redução Eh O Eh de um substrato pode ser definido,
de um modo geral, pela facilidade com a qual o substrato ganha ou perde elétronsganha ou perde elétrons
Cu Cu + e
Oxidação
Redução
Com a transferência de elétrons ocorre a criação de um potencial entre os dois compostos.
Quanto mais oxidadamais oxidada é uma substância mais mais positivopositivo será o Eh; quanto mais reduzidamais reduzida a substância, mais negativomais negativo será o Eh
JAY, 2005
Eh
Eh -Eh - Eh +Eh +
Microrganismos Anaeróbios
Microrganismos Aeróbios
Algumas patogênicas Algumas patogênicas ((C. botulinumC. botulinum) e ) e deteriorantes deteriorantes ((Desulfotomaculum Desulfotomaculum nitrificansnitrificans))
Maioria de bolores, Maioria de bolores, leveduras e bactérias leveduras e bactérias oxidativas e algumas oxidativas e algumas bact. patogênicas bact. patogênicas ((Bacillus cereusBacillus cereus))
JAY, 2005
Eh
o Certas bactérias aeróbias crescem melhor sob condições ligeiramente redutoras sendo referenciadas como MicroaerófilasMicroaerófilas, por exemplo, lactobacilos e campilobactérias;
o Algumas bactérias crescem tanto em condições aeróbias quanto anaeróbias, são as Anaeróbias facultativasAnaeróbias facultativas, por exemplo, bactérias do grupo das Enterobacteriaceae;
o Bolores importantes em alimentos são aeróbios, enquanto leveduras de importância são aeróbias e anaeróbias facultativas;
JAY, 2005
Eh
Alimento Eh Microrganismos
Sucos e alimentos vegetais
300 – 400mV Bactérias aeróbias e
mofos
Pedaços de carne
-200mV Anaeróbios
Carne moída 200mV Aeróbios
Queijos -20 a -200mV Anaeróbios
Tabela 5 – Valores aproximados de Eh em alguns alimentos e microrganismos que se desenvolvem
JAY, 2005
Eh
As características de Eh do alimento original e o acesso que a atmosfera tem com o alimento influenciam o valor do Eh;
Quando aeróbios crescem, a concentração de O2 no meio diminui, resultando em redução do Eh;
O Eh é dependente do pH do substrato.
Composição química
Para um crescimento ideal nos alimentos os microrganismos necessitam de:
ÀguaÀgua Fonte de energiaFonte de energia:: açúcares, álcooisaçúcares, álcoois e
aminoácidos Fonte de nitrogênioFonte de nitrogênio:: aminoácidosaminoácidos,
nucleotídeos, peptídeos e proteínas Vitaminas:Vitaminas: complexo B, biotina e ácido
pantotênico Minerais:Minerais: Na, K, Ca, Mg, Fe, S, P, Cu
Composição química
Exigência microbiana quanto aos nutrientes no alimento:
1º Bactérias gram-positivasBactérias gram-positivas: + exigentes, necessitam de nutrientes do meio
2º Bactérias gram-negativas, leveduras e Bactérias gram-negativas, leveduras e boloresbolores: sintetizam quase todas ou todas as substâncias de que necessitam
Lactobacillus, Bacillus
cereus, S. aureus
Salmonella, Pseudomonas, Vibrio
Constituintes antimicrobianos
Estabilidade deEstabilidade dealguns alguns
alimentosalimentos
Presença de Presença de constituintes constituintes
antimicrobianosantimicrobianos
o Óleos essenciaisÓleos essenciais
o EnzimasEnzimas
o Derivados do ácido Derivados do ácido hidroxicinâmicohidroxicinâmico
Constituintes antimicrobianos
Óleos essenciaisÓleos essenciais
Presentes principalmente em condimentos Apresentam atividade antimicrobiana comprovada
Cravo-da-índiaCravo-da-índia...................................................eugenoleugenol
AlhoAlho.....................................................................alicinaalicina
CanelaCanela................................eugenol e aldeído cinâmicoeugenol e aldeído cinâmico
MostardaMostarda......................................isotiocianato de aliloisotiocianato de alilo
OréganoOrégano..............................................timol e carvacroltimol e carvacrol
Constituintes antimicrobianosEnzimasEnzimas
OvoOvo
o LisozimaLisozima (clara) – destrói parede celular bacteriana, especialmente G+
o AvidinaAvidinao ConalbuminaConalbumina e outros
inibidores enzimáticoso Ovotrasnferrina:Ovotrasnferrina: inibe
Salmonella enteretidis na clara
Leite de vacaLeite de vaca
o LactoferrinaLactoferrina – retira íons Fe do leite
o LisozimaLisozimao NisinaNisina – produzida por
bact. Láticaso LactoperoxidaseLactoperoxidase –
atua na presença de tiocianato e quebra H2O2 liberando O2 e oxidando grupos SH de enzimas bacterianas
Constituintes antimicrobianos
Derivados do ácido hidroxicinâmicoDerivados do ácido hidroxicinâmico:
Àcido p-coumárico, ferúlico, caféico e clorogênico
Encontrados em frutas, verduras, legumes, chá e etc.
Ação antifúngica e antibacteriana
Constituintes antimicrobianos
Conservantes químicos artificiaisConservantes químicos artificiais
Ácido benzóico:Ácido benzóico: atua contra leveduras e bolores
Ácido sórbico:Ácido sórbico: efeito contra bactérias patogênicas
Propionatos:Propionatos: ação antifúngica
Nitritos e nitratos:Nitritos e nitratos: atua contra bactérias aeróbias
Estruturas biológicas
Cascas de frutas, sementes, nozes;
Casca externa e membrana dos ovos;
Pele de peixes, carne de gado e porco
Interações entre microrganismos
Estreptococos e lactobacilosEstreptococos e lactobacilos produzem H2O2 – inibe Pseudomonas spp., Bacillus spp. e Proteus spp.
Bactérias láticasBactérias láticas produzem ácido lático – inibem crescimento de bactérias pouco tolerantes a baixo pH
Bolores como Penicillium notatumPenicillium notatum produzem antibióticos
Diversas espécies e bactérias produzem substâncias capazes de inibir o crescimento de muitos microrganismos – BACTERIOCINAS.BACTERIOCINAS.
Ex: Ex: Lactobacillus, Bifidobacterium, Acetobacter, Staphylococcus, Lactococcus, Propionibacterium, etc.
penicilina
Interações entre microrganismos
Interferência microbianaInterferência microbiana
o Competição por nutrientes;o Competição por sítios de adesãoo Alteração desfavorável do ambiente;
Ex: Uso de Campilobacter na colonização do TGI de aves contra Salmonella
Fatores Extrínsecos
Temperatura
Fator ambientalambiental + importante no controle microbiano
Maioria dos microrganismos crescem em temperatura ambiente - mesófilos
Registros de crescimento de alguns a -34ºC-34ºC e a 100 ºC100 ºC
TemperaturaTabela 6 – Classificação dos microrganismos quanto a
temperaturas de crescimento
Grupo Temperatura (ºC)
Mínima ÓtimaÓtima Máxima
Psicrotróficos 0 – 7 0 - 200 - 20 35
Psicrófilos 0 10 – 1510 – 15 20
Mesófilos 5 - 25 25 - 4025 - 40 40 - 50
Termófilos 35 - 45 45 - 6545 - 65 60 - 90
FRANCO, 1996; JAY, 2005
Temperatura
PsicrotróficosPsicrotróficos: + encontrados são Pseudomonas e Enterococcus
MesófilosMesófilos: São encontradas em quase todos os gêneros bacterianos
TermófilasTermófilas: maioria pertence aos gêneros: Bacillus e Clostridium
Bolores:Bolores: crescem em ampla faixa de temperatura. Linhagens de Aspergillus e Cladosporium crescem em refrigeração
Leveduras:Leveduras: faixa de temperatura psicrotrófica e mesófila. Maioria é sensível ao calor
Umidade relativa do ambiente A UR apresenta estreita relação com a Aa
do alimento;
Alimento em equilíbrio com a atmosfera:
UR = Aa x 100
Umidade relativa do ambiente
ALIMENTO Aa
AMBIENTE
UR Aa do Aa do alimentoalimento
ALIMENTO Aa
AMBIENTE
URAa do Aa do alimentoalimento
Umidade relativa do ambiente
Fatores importantes na escolha do ambiente para armazenamento dos alimentos:
Verificar se há equilíbrioequilíbrio entre a UR e a Aa do alimento
Verificar a possibilidade de crescimento crescimento de fungos na superfíciede fungos na superfície do alimento
Preservar ao máximo características organolépticasorganolépticas do alimento
Composição gasosa da atmosfera Composição gasosa do ambiente pode
predizer quais os microrganismos que predominam naquele ambiente
Composição gasosa da atmosfera Atmosfera c/ O2 = Aeróbios,
anaeróbios facultativos
Atmosfera c/ O2 = Anaeróbios estritos e facultativos
Ex. de gases utilizados na modificação da atm.: CO2, O3, N2
CO2 e N2 apresentam ação antimicrobiana
CO2 é utilizado para criar ambientes microaerófilos para desenvolvimento destes microrganismos em laboratório
Teoria dos obstáculos de Leistner
Consiste na combinação de diversos fatores Consiste na combinação de diversos fatores ((intrínsecos e extrínsecosintrínsecos e extrínsecos) que são empregados ) que são empregados simultaneamente no controle dos microrganismos em simultaneamente no controle dos microrganismos em alimentosalimentos
Teoria dos obstáculos de Leistner Para crescer os microrganismos
precisam transpor uma série de barreiras
Ex:Ex: Utilizada na prevenção da germinação de esporos de Clostridium Clostridium botulinumbotulinum. Entre os parâmetros utiliza-se: pH<4,6; Aa< 0,96; 10% de NaCl; Temperatura<10ºC; e grande biota aeróbia.
REFERÊNCIAS
JAY, J. M. Microbiologia de alimentos. 6 ed. Porto Alegre, Artmed, 2005;
FRANCO, B. D. G.; LANDGRAF, M. Microbiologia dos alimentos. São Paulo, Atheneu, 1996.
