Avaliação de protocolo para inoculação a seco de Salmonella sp. e estabilidade do inóculo seco armazenado em diferentes temperaturas
Marianna Miranda Furtado, César Faviero, Verônica Ortiz Alvarenga, Anderson Sant’Ana
Laboratório de Microbiologia Quantitativa de Alimentos, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, Brazil
Resumo
Salmonella é um dos principais patógenos relacionados a doenças transmitidas por alimentos e sua associação a surtos envolvendo produtos com baixa atividade de água é preocupante, uma vez que esta é uma das medidas de controle microbiológico e demostra a possibilidade de resistência em condições de estresse. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um protocolo para inoculação a seco, que fosse estável a sobrevivência de Salmonella e que pudesse ser utilizados nos testes desafio realizados pelas indústrias. O inóculo seco foi preparado em quatro veículos distintos: areia fina, areia comum, carbonato de cálcio e talco e, armazenado nas temperaturas de 4 e 25 °C para avaliação da sua estabilidade durante o tempo estimado, máximo de 180 dias. Dentre os inóculos preparados, o armazenamento a 4 °C apresentou maior estabilidade, sendo a areia fina e a areia comum os melhores veículos dispersores, uma vez que o tempo necessário para reduzir 1 log da população microbiana (δ) foi de 118 e 123 dias, respectivamente. Para o carbonato de cálcio e o talco, este tempo foi siginificativamente menor, sendo de 18 e 6 dias, respectivamente. A 25 °C somente o carbonato de cálcio foi estável em 150 dias; e o δ foi de 13 dias. Este mesmo valor foi obtido para areia comum, mas a mesma foi quantificada no máximo em 90 dias. A análise de variância de cada temperatura de armazenamento demonstrou que a sobrevivência de Salmonella do inóculo seco difere em relação ao veículo utilizado e ao tempo de armazenamento e que apesar de ocorrer uma variação na aw, esta não influencia na
estabilidade do inóculo.
1. Introdução
A contaminação microbiana de produtos de baixa atividade de água (aw) e a ocorrência
de surtos envolvendo Salmonella sp. nesses alimentos tem sido relatada desde a década de 70 (Barrile e Cone, 1970; Craven et al., 1975; D’Aoust et al., 1975; Gill et al., 1983; Tamminga et al., 1977, 1976). Salmonella é um micro-organismo enteropatogênico, bacilo Gram negativo, que tem condições ótimas de crescimento a 35 ± 2 °C e pH próximo a 7,0, mas é capaz de sobreviver/multiplicar em variações de temperatura entre 5 – 46 °C e pH 3,8 – 9,5 (Silva et al., 2017). Sua multiplicação é dependente da quantidade de nutrientes disponíveis e das condições ambientais como temperatura, pH, oxigênio e concentração de solutos. Quando há alterações em um ou mais desses parâmetros, o micro-organismo fica exposto a uma condição de estresse, que exige sua adaptação para ser capaz de sobreviver ou multiplicar. A resposta dada a essa condição poderá impactar diretamente na taxa de multiplicação, período de sobrevivência e virulência, além da resistência a antimicrobianos (Lianou e Koutsoumanis, 2013).
Reduzir a aw de um produto é umas das barreiras de controle microbiológico utilizadas
pela indústria (Brown, 1976). Acredita-se que a capacidade de sobrevivência de Salmonella sp. em produtos com baixa aw se deve a sua permanência em estado de latência, com redução
da sua atividade metabólica, até que as condições ótimas para sua multiplicação sejam restabelecidas (Podolak et al., 2010). Além da adaptação microbiana, características do alimento podem ajudar na sua sobrevivência, uma vez que a concentração de açúcar e gordura, por exemplo, podem funcionar como um fator protetor a sua inativação (ICMSF, 2011). A combinação da redução da aw associada a esses dois componentes possuem um
efeito sinérgico na sobrevivência de Salmonella (Keller et al., 2012; Krapf e Gantenbein- Demarchi, 2010; Mattick et al., 2001; Nascimento et al., 2012). A gordura possui fator protetor contra o ataque do suco gástrico, o que permite que as células passem livremente pelo estômago e possam colonizar o intestino delgado, produzindo os sintomas clínicos da salmonelose mesmo em baixas concentrações (Craven et al., 1975; D’Aoust, 1977; Greenwood e Hooper, 1983).
Acredita-se que a redução da aw pode aumentar a resistência de Salmonella,
favorecendo sua sobrevivência nesses alimentos e podendo levar a ocorrência dos surtos (D’Aoust, 1977). Estudos realizados já demostraram sua capacidade de sobrevivência em diferentes alimentos, como: biscoitos (Beuchat e Mann, 2015), nozes (Blessington et al.,
2013), amêndoas (Uesugi et al., 2006), condimentos (Bowman et al., 2015), chás (Keller et al., 2015), pasta de frango (Shrestha e Nummer, 2016), leite em pó, chocolate, manteiga de amendoim e cereais (Podolak et al., 2010). No caso do chocolate, por exemplo, estudos indicam que Salmonella pode não ser inativada por completo durante os tratamentos térmicos, permitindo que ela seja carreada durante todo o processo de fabricação e persista durante todo o período de estocagem do produto (Goepfert et al., 1970; Ha et al., 2013; Killalea et al., 1996; Nascimento et al., 2013; Tamminga et al., 1977). A sobrevivência e persistência de Salmonella em chocolate e pasta de amendoim por um período de até 19 meses foram reportadas em diversos estudos (Barrile e Cone, 1970; Kataoka et al., 2014; Tamminga et al., 1977).
Diante da sobrevivência dos micro-organismos as etapas de processamento e sua correlação com a ocorrência de surtos, a indústria tem buscado formas de avaliar a robustez de suas formulações alimentícias e seus fluxogramas de processo. Para isso, testes desafio vem sendo aplicados, na qual é capaz de avaliar o crescimento microbiano de patógenos e deteriorantes, além de estudar sua evolução quando inoculado em um determinado alimento (IFT, 2003; ISO/TC 34/SC 9/WG 19). Para conduzir um teste desafio deve-se considerar as possíveis formas e fontes de contaminação do produto, durante e após o seu processamento, bem como a influencia da alteração de fatores intrínsecos, como a aw (NACMCF, 2010).
Diferentes tipos de testes desafio podem ser realizados visando-se validar os procedimentos adotados durante o processamento, vida útil e preparo dos alimentos. Estes testes variam de acordo com o objetivo do estudo e dependem do tipo, processo e a análise de risco do produto. Os testes desafio podem ser conduzidos objetivando avaliar a inibição do crescimento ou inativação do micro-organismo alvo e podem ser realizados separadamente ou uma combinação de ambos (NACMCF, 2010). Algumas etapas desses testes se tornam críticas quando tratamos de um alimento com baixa aw como a seleção do micro-organismo
teste, a preparação e o método de inoculação, além da recuperação e contagem dos sobreviventes (IFT, 2003). Os micro-organismos selecionados devem ser identificados quanto as suas características sorológicas, bioquímicas e genéticas e, preferencialmente terem sido isolados de alimentos envolvidos em surtos, do ambiente de processamento do alimento contaminado ou de amostras clínicas de pacientes doentes (IFT, 2003; ISO/TC 34/SC 9/WG 19). Em relação ao preparo e método de inoculação, o procedimento de inoculação a seco deve ser considerado para alimentos com aw reduzida. O inóculo deve ser o mais homogêneo
possível, sendo que o momento de sua adição ao alimento deve ser feito de tal maneira que simule a contaminação da forma mais realista possível (IFT, 2003; NACMCF, 2010).
Estudos que visam desenvolver um método de inoculação a seco para Salmonella, de forma a avaliar sua sobrevivência nesses alimentos já vêm sendo realizados. Diversos veículos já foram testados, como talco, areia, carbonato de cálcio e sílica. O preparo do inóculo microbiano em um veículo seco é uma das formas de dispersar o micro-organismo no alimento de baixa aw, sem que haja agregação de umidade a ele, como ocorria antigamente
(adição de inóculo úmido). Os resultados presentes na literatura são positivos, a maioria relata a sobrevivência de Salmonella sp. por um período de no mínimo 30 dias, mas os mesmos descrevem a dificuldade de padronização do inóculo, bem como a sua homogeneização (Beuchat e Mann, 2015; Blessington et al., 2013; Bowman et al., 2015; Enache et al., 2015; Shrestha e Nummer, 2016). Diante disso, a indústria de alimentos tem buscado testes que possam ser realizados durante o processamento de seus produtos e que demonstrem a eficiência ou não do seu processamento, da sua formulação ou embalagem utilizada. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um protocolo de preparo para inóculo seco que possa ser aplicado durante o processamento e a estocagem de alimentos de baixa aw, bem
como avaliar sua estabilidade em até 180 dias após o preparo.
2. Material e métodos
2.1. Veículos selecionados para preparo do inóculo seco
Foram escolhidos três veículos (talco, areia e carbonato de cálcio) para o preparo do inóculo seco, a fim de avaliar a sobrevivência de Salmonella e estabilidade do inóculo durante estocagem. Estes veículos foram escolhidos de acordo com resultados obtidos em estudos anteriores de preparo de inóculo seco de Salmonella sp. (Beuchat e Mann, 2015; Blessington et al., 2013; Bowman et al., 2015; Enache et al., 2015; Shrestha e Nummer, 2016). Foram utilizados dois tipos de areia, que se diferiam por sua granulometria (areia fina e média).
2.2. Culturas selecionadas
Um total de cinco cepas de Salmonella enterica foi selecionado para o preparo do inóculo seco, pertencentes aos seguintes sorotipos: Senftenberg 775W (cepa S87 cedida pela Fundação Oswaldo Cruz), Havana IOC 2310, Infantis IOC 2327, Mbandaka IOC 2317 e Typhimurium IOC 2328. Os quatro últimos sorotipos foram isolados de amostras de produto
final de farelo de soja produzido em diferentes indústrias do país, sendo os três últimos os sorotipos mais encontrados na amostragem realizada em estudo realizado anteriormente (dados não mostrados). Já o sorotipo Senftenberg, foi escolhido devido a conhecimento prévio de estudos já realizados demonstrando que ele possui maior resistência ao calor e a outras formas de tratamentos quando comparado aos outros sorotipos existentes. Além disso, é o sorotipo de escolha para testes realizados em alimentos com baixa aw (Ng et al., 1969; Peña-
Meléndez et al., 2014).
2.3. Preparo do inóculo
Para a obtenção do inóculo, cada uma das cepas de Salmonella foi inoculada em caldo Triptona de Soja (TSB; Kasvi, Itália), através de três repiques consecutivos em frascos contendo 100, 300 e 700 mL de caldo, respectivamente, com incubação a 37 °C por 24 h cada um deles. Então, o meio com crescimento das cepas de Salmonella foi centrifugado a 3500 × g por 10 min à 4 °C (Sorvall Legend XTR, Thermo Scientific, Alemanha), seguindo-se lavagem com solução salina (NaCl 0,85 %; Dinâmica Química Contemporânea Ltda., São Paulo, Brasil). Este processo de centrifugação e lavagem foi repetido por 3 vezes, e os pellets obtidos reidratados para ajuste da concentração através de leitura da densidade óptica em espectrofotômetro (DU6408, Beckman, Califórnia, EUA) com comprimento de onda de 630 nm. Cada inóculo foi padronizado individualmente em 108 UFC/mL, seguindo-se mistura de proporções iguais para gerar um pool com diferentes cepas de Salmonella. Para quantificação das células utilizou-se Ágar Desoxicolato Lisina Xilose (XLD, Acumedia, Michigan, EUA), incubação à 37 °C/24 h.
2.4. Preparo do inóculo seco
Com o inóculo preparado e padronizado, foi realizada a inoculação nos veículos selecionados, conforme procedimento adaptado dos estudos realizados por Blessington e colaboradores (2013), Enache e colaboradores (2015) e Shrestha e Nummer (2016). O inóculo úmido foi adicionado nas proporções de 1:1 (m/m) no carbonato de cálcio e 1:2 (m/m) no talco e na areia. As proporções foram determinadas em testes preliminares realizados de acordo com os estudos mencionados anteriomente (dados não mostrados). Após a adição do inóculo úmido ao veículo, estes foram homogeneizados e dispostos em bandejas cobertas por papel alumínio para secagem em estufa a 35 °C/24 h. Após 24 h, o mesmo foi mantido pelo mesmo tempo a temperatura ambiente para secagem completa. Após secagem, o inóculo seco
foi peneirado, homogeneizado em almofariz e armazenado em sacos estéreis estocados à temperatura ambiente (25 ± 2 °C) e sob refrigeração (4 ± 2 °C).
2.5. Avaliação da estabilidade de Salmonella sp. no inóculo seco
A avaliação da estabilidade de Salmonella em inóculo seco foi determinada imediatamente após a secagem e durante todo o período de estocagem à temperatura ambiente (25 ± 2 °C) e sob refrigeração (4 ± 2 °C). O período máximo considerado foi de 180 dias. Uma alíquota de 5 g de cada inóculo seco foi ressuspendida em 45 mL de água peptonada 0,1% (Acumedia, Michigan, EUA), seguida de diluições decimais e quantificação por drop plate em Ágar Desoxicolato Lisina Xilose (XLD, Acumedia, Michigan, EUA), incubado à 37 °C/24 h. Além da quantificação, a atividade de água foi determinada após a secagem e durante todos os pontos de avaliação da estabilidade do inóculo seco utilizando medidor de aw
(Aqualab CX2T, Decagon Devices, Washington, EUA).
2.6. Modelagem das curvas de sobrevivência
Para avaliar a sobrevivência de Salmonella no inóculo seco armazenado no período de até 180 dias, foi realizada uma modelagem das curvas de sobrevivência, utilizando como base dois modelos primários de inativação. A modelagem foi realizada a partir do add-in do Microsoft Excel, GinaFiT (Geeraerd et al., 2005) e foram escolhidos os modelos de Bigelow e Weibull. O modelo de Bigelow (Bigelow e Esty, 1920) considera uma inativação microbiana log-linear que é representada pela equação abaixo (Eq.1):
(Eq. 1)
onde N é a população final (UFC/g) no tempo t , N0 a população inicial (UFC/g) e D
o tempo necessário para causar uma redução decimal na população microbiana.
Já o modelo de Weibull (Mafart et al., 2002) considera a não linearidade da curva de inativação devido a diferentes variações que podem afetar a inativação microbiana. O modelo é representado pela seguinte equação (2):
onde S é a fração de sobreviventes em um determinado tempo (t) , δ é o tempo necessário para ocorrer a primeira redução decimal e p é o parâmetro de curvatura do modelo. Quando o p = 1, o modelo segue uma cinética linear. Para p < 1 e p > 1 o modelo apresentará curvas de inativação côncavas ascendentes e descendentes, respectivamente.
2.7. Análises estatísticas
Para verificar a correlação da atividade de água em diferentes veículos durante o armazenamento do inóculo seco para a sobrevivência de Salmonella foi testada a correlação de Pearson (p = 0,05) utilizando-se o Software R (Versão 3.3.1) (The R Foundation for Statistical Computing, Viena, Áustria), pacote ggpubr. As diferenças estatísticas entre os inóculos secos com relação à sobrevivência de Salmonella sp. foram comparados por ANOVA utilizando-se o Software R (Versão 3.3.1) (The R Foundation for Statistical Computing Viena, Áustria).
3. Resultados e discussão
3.1. Avaliação da estabilidade do inóculo seco
A sobrevivência de Salmonella sp. nos inóculos secos preparados em areia fina, areia comum (média), carbonato de cálcio e talco está representada na Fig. 1. A diferença entre as areias se deve a sua granulometria, segundo a NBR 7211/83, sendo a fina entre 0,05 – 0,2 mm e a comum entre 0,2 – 0,6 mm. A sobrevivência foi avaliada em duas condições de armazenamento (4 e 25 °C). Em todas as condições estudadas, observou-se uma cinética de inativação de primeira ordem. Foi utilizado o modelo de Weibull para todos os inóculos preparados, uma vez que melhor se ajustou aos dados. Os parâmetros de inativação podem ser visualizados na tabela 1.
Inserir figura 1
Inserir tabela 1
Analisando os dados obtidos, percebe-se que a sobrevivência de Salmonella é influenciada pelo meio em que foi preparado o inóculo seco e a temperatura em que ele foi armazenado. As amostras armazenadas a 4 °C apresentaram uma sobrevivência mais prolongada, sendo quantificadas em até 150 dias. Todas as amostras armazenadas a 4 °C foram também analisadas no tempo de 180 dias, mas não foi possível a sua quantificação,
devido à limitação do método (limite de detecção do método de 10² UFC/g) ou dificuldade de recuperação das células de Salmonella presentes. Dentre os quatro veículos utilizados, a areia fina e a comum armazenadas a 4 °C foram os mais estáveis, uma vez que o tempo para ocorrer à primeira redução decimal (δ) das células foi de 118 e 123 dias, respectivamente. Para o carbonato de cálcio e o talco essa redução foi significativamente menor, sendo de 18 e 6 dias, respectivamente. Considerando o armazenamento a 25 °C, o carbonato de cálcio foi o veículo em que a Salmonella sobreviveu por mais tempo, total de 150 dias, sendo o δ igual a 13 dias. Este mesmo valor foi obtido para a areia comum, no entanto sua quantificação foi realizada no tempo máximo de 90 dias. As amostras de areia fina tiveram sobrevida detectada em até 60 dias de armazenamento, com δ de 7 dias e o talco foi o veículo que apresentou o menor tempo de sobrevivência, onde a quantificação de Salmonella foi possível no tempo máximo de 40 dias, sendo o δ de aproximadamente 8 dias.
Estudos já publicados também demonstraram essa capacidade de sobrevivência de Salmonella em areia, talco ou giz (carbonato de cálcio) (Beuchat e Mann, 2015; Blessington et al., 2013; Bowman et al., 2015; Enache et al., 2015; Shrestha e Nummer, 2016). A areia é o veículo que apresenta os melhores resultados encontrados, capaz de permitir a sobrevivência de Salmonella por 170 (Blessington et al., 2013) e até 480 dias (Shrestha e Nummer, 2016), quando armazenadas a 4 °C, sendo a redução máxima em torno de 2 log UFC/g. Esses resultados foram obtidos por inóculos de diferentes sorotipos de Salmonella como Thompson, Enteritidis, Typhimurium, Heidelberg e Montevideo, por exemplo. Alguns trabalhos relatam que a sobrevivência de Salmonella no inóculo seco pode variar em relação ao tipo do alimento ao qual ele for inoculado para realização do teste desafio, uma vez que a composição do alimento, bem como suas características intrínsecas seriam responsáveis por sua redução ou sobrevivência (Beuchat e Mann, 2015).
Em relação ao preparo do inóculo seco, todas as amostras decairam cerca de 1 a 2 log quando foram secas. Essa redução também foi observada no estudo de Shrestha e Nummer (2016) que utilizou a areia como veículo, mas alguns estudos tiveram uma queda de até 2,5 log UFC/g durante a secagem (Blessington et al., 2013; Bowman et al., 2015). O inóculo preparado com o carbonato de cálcio foi o que apresentou maior dificuldade de homogeneização, pois formaram-se aglomerados que dificultam sua pulverização, o que também já foi relatado em estudos anteriores (Blessington et al., 2013).
Para avaliar a significância dos fatores das variáveis presentes no inóculo foi realizada uma análise de variância (ANOVA), considerando o veículo, a aw e a tempo de
armazenamento. Para as amostras armazenadas a 4 °C os fatores veículo (p=0,0006) e tempo de armazenamento (p<0,0001) apresentaram diferenças significativas, além da combinação veículo × tempo (p = 0,0097). Para as amostras armazenadas a 25 °C o mesmo comportamento foi observado, sendo os valores p iguais a 0,0007 e menores que 0,0001, respectivamente. Já a aw não apresentou diferenças significativas em nenhuma das condições
avaliadas.
3.2. Determinação da aw durante a avaliação da estabilidade do inóculo seco
Diferentes valores para aw foram obtidas durante as análises de sobrevivência de
Salmonella no inóculo seco. Dentre os veículos utilizados para o preparo do inóculo, o carbonato de cálcio foi o que apresentou maior aw após a secagem, cerca de 0,94, enquanto os
outros veículos tiveram aw registradas em torno de 0,48 – 0,60. Acredita-se que esta diferença
de valores se deve a formação de grumos durante a secagem, que fez com que a água ficasse retida e assim, a aw não reduzisse no mesmo período de secagem. Estes inóculos foram
mantidos por mais 24 h na estufa a 37 °C, mas após este período (tempo total de secagem 72h), não foi possível detectar Salmonella. Em relação à temperatura de armazenamento, não houve variação nos valores encontrados para 4 e 25 °C, exceto para as amostras de carbonato de cálcio armazenadas a 25 °C que teve uma redução na aw enquanto houve aumento em
todos os outros veículos.
Para avaliar se a aw influenciou na sobrevivência de Salmonella em cada inóculo seco
foi realizada a correlação de Pearson, mas apenas o talco armazenado a 25 °C apresentou uma correlação positiva (p < 0,05) (Fig. 2). Esta ausência de correlação para a maioria dos veículos estudados também foi confirmada a partir dos resultados da análise de variância, que demostraram não haver diferenças significativas na aw ao longo do período de armazenamento e no veículo utilizado para preparo do inóculo seco.
4. Conclusão
Dentre os veículos avaliados, confirmou-se que a areia pode ser usada no preparo de inóculo seco, sendo indiferente a sua granulometria para a sobrevivência de Salmonella. O armazenamento sob refrigeração (4 °C) aumenta a estabilidade do inóculo preparado, o que facilita para a indústria na realização dos testes desafio, uma vez que o preparo do inóculo seco é dispendioso. A variação da aw durante o armazenamento pode não influenciar
diretamente na sobrevivência de Salmonella, mas é importante lembrar que quanto mais próxima ela estiver da atividade de água do alimento ao que será testado, menor a necessidade de adaptação do micro-organismo as condições expostas. Estudos utilizando a aplicação do protocolo realizado neste experimento em testes desafio devem ser realizados, para avaliar a eficácia do inóculo quando exposto a composição do alimento, condições de processo e armazenamento.
5. Referências
Barrile, J.C., Cone, J.F., 1970. Effect of added moisture on the heat resistance of Salmonella Anatum in milk chocolate. Appl. Microbiol. 19, 177–178.
Beuchat, L.R., Mann, D.A., 2015. Survival of Salmonella in Cookie and Cracker Sandwiches Containing Inoculated, Low-Water Activity Fillings. J. Food Prot. 78, 1828–34. doi:10.4315/0362-028X.JFP-15-142
Bigelow, W.D., Esty, J.R., 1920. The thermal death point in relation to time of typical thermophilic organisms. J. Infect. Dis. 27, 602–617. doi:10.1093/infdis/27.6.602
Blessington, T., Theofel, C.G., Harris, L.J., 2013. A dry-inoculation method for nut kernels. Food Microbiol. 33, 292–297. doi:10.1016/j.fm.2012.09.009
Bowman, L.S., Waterman, K.M., Williams, R.C., Ponder, M. a, 2015. Inoculation Preparation Affects Survival of Salmonella enterica on Whole Black Peppercorns and Cumin Seeds Stored at Low Water Activity. J. Food Prot. 78, 1259–1265. doi:10.4315/0362- 028X.JFP-14-483
Brown, a D., 1976. Microbial water stress. Bacteriol. Rev. 40, 803–846.
Craven, P.C., Mackel, D.C., Baine, W.B., Barker, W.H., Gangarosa, E.J., 1975. International outbreak of Salmonella Eastbourne infection traced to contaminated chocolate. Lancet 1, 788–793. doi:10.1016/S0140-6736(75)92436-8
D’Aoust, J.Y., 1977. Salmonella and the chocolate industry. A review. J. Food Prot. 40, 718– 727.
D’Aoust, J.Y., Aris, B.J., Thisdele, P., Durante, A., Brisson, N., Dragon, D., Lachapelle, G., Johnston, M., Laidley, R., 1975. Salmonella Eastbourne outbreak associated with chocolate. Can. Inst. Food Sci. Technol. J. 8, 181–184. doi:10.1016/S0315- 5463(75)73804-X
Enache, E., Kataoka, A., Black, D.G., Napier, C.D., Podolak, R., Hayman, M.M., 2015. Development of a Dry Inoculation Method for Thermal Challenge Studies in Low-