Aula - Fatores extrinsecos e intrínsecos 2017.2

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Microbiologia dos Alimentos

Programa

• Fatores intrínsecos e extrínsecos • Microrganismos indicadores e patogênicos • Alterações e deterioração microbiana • Controle de desenvolvimento microbiano • Determinação de microrganismos • Aula prática

• Aula prática • Seminário

Bibliografia

➢A microbiologia dos alimentos é a parte da microbiologia que trata dos processos em que os microrganismos influenciam nas características dos produtos de consumo alimentício humano ou animal.

➢A microbiologia dos alimentos, por consequência, engloba aspectos da ecologia microbiana e de biotecnologia para a produção.

• Todos os alimentos apresentam uma microbiota natural variável, geralmente concentrada na superfície, embora partes mais internas possam eventualmente conter formas microbianas variadas.

• Nas diferentes etapas da obtenção de produtos processados, os alimentos podem ser contaminados por diferentes microrganismos do ambiente, superfícies, utensílios, equipamentos e de manipulação inadequada.

• A definição dos microrganismos predominantes no alimento depende de fatores inerentes do alimento e das condições ambientais: os fatores que controlam o desenvolvimento microbiano-esses fatores vem de encontro à fisiologia microbiana!!

Microrganismos e Alimentos

• De onde vêm os microrganismos que contaminam os alimentos?

• Solo, água, ar e pó; • Plantas; • Utensílios; • Trato intestinal; • Manipulação de alimentos; • Ração animal; • Pele.

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Microrganismos e Alimentos

• Importância dos microrganismos:

• Higiênica

• Tecnológica

Patogênicos

Não Patogênicos

Deteriorantes Alterações sensoriais

ALIMENTO Substrato para os microrganismos Deterioração do alimento Infecção ou intoxicação alimentar

Fatores que Afetam o

Desenvolvimento Microbiano em

Alimentos

Formas de evitar a

deterioração ou toxinfecções



Prevenir a contaminação



Eliminar os microrganismos do alimento



Evitar o crescimento dos microrganismos

Fatores intrínsecos e extrínsecos que afetam a

multiplicação microbiana

• Um alimento é uma matriz quimicamente complexa, e, por isso, prever como e quão rápido os microrganismos se desenvolverão é bastante difícil.

• A maioria dos alimentos contém nutrientes suficientes para sustentar a multiplicação microbiana.

Capacidade de

sobrevivência

ou multiplicação

Fatores

intrínsecos

Fatores

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Fatores Intrínsecos

pH

Atividade de água (Aw) Potencial de óxido-redução (Eh) Composição química Fatores antimicrobianos Estrutura biológica

Interação entre microrganismos

Umidade e aw

➢Composição Química:

➢Água, fonte de energia, fonte de nitrogênio, vitaminas e sais maneirais  Deve estar disponível para multiplicação microbiana.

➢Fonte de Energia:

➢Açucares, álcoois e aminoácidos, ➢Amido, celulose. ➢Lipídeos. ➢Fonte de nitrogênio: ➢Aminoácidos, ➢Nucleotídeo, peptídeo. ➢Vitaminas: ➢Complexo B. ➢Biotina e acido pantatênico. ➢Minerais:

➢Sódio, potássio, cálcio, magnésio, ferro, cobre, zinco etc..

pH

A maioria dos microrganismos crescem melhor em pH em torno de 6,5 a 7,5. favorecidas em pH como as bactérias Algumas acido, láticas. Bactérias patogênicas em pH em torno de 7,0. Bolores e leveduras € maior tolerância ao pH

Efeito do pH no crescimento

microbiano

A maioria das bactérias cresce

melhor dentro de variações pequenas de pH, sempre perto da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5.

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Faixa de crescimento de alguns microrganismos

Microrganismo pH ótimo pH máximo pH mínimo

Bactérias 6,5 a 7,5 9,0 4,5 (a maioria)

Leveduras 4 a 6,5 8,0 a 9,0 1,5 a 3,5 Bolores 4,5 a 7,0 8,0 a 11,0 1,5 a 3,5



Maior tolerância a valores baixos de pH Bolores > leveduras > bactérias



Microrganismos patogênicos apresentam uma faixa de pH mais estreita

Classificação dos alimentos

 Baixa acidez = pH > 4,5 mais sujeitos ao crescimento microbiano

Ácidos = pH entre 4,0 e 4,5predominância do crescimento de bolores e leveduras

poucas bactérias (láticas e espécies de Bacillus) Muito ácidos = pH < 4,0 crescimento de bolores e

leveduras

pH dos alimentos

Alimento pH carne frango peixe leite clara de ovo tomate maçã 5,5 – 6,2 6,2 – 6,4 6,6 – 6,8 6,3 – 6,5 9 -10 4,2 – 4,3 2,9 – 3,3 banana milho alface 4,5 – 4,7 7,3 6,0 4,9–6,0 cenoura

Efeito dos ácidos nos microrganismos

Maior gasto de energia para manter o pH

intracelular



Desnaturação de proteínas, DNA



Alteração da atividade pelas atividades das enzimas vitais da responsáveis célula



Menor velocidade de crescimento

O pH adverso afeta principalmente a respiração e o transporte de nutrientes para dentro da célula microbiana.

Quando os microrganismos estão em pH diferente do neutro, sua capacidade de multiplicação depende de sua capacidade de modificar o pH adverso.

✓Em pH ácido => ativação de aminoácido-descarboxilases ✓Em pH alcalino => ativação de aminoácido-desaminases

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Atividade de Água

• A atividade de água é a medida de água disponível em uma amostra.

• É a razão entre a pressão do vapor d’água da amostra e a da pressão do vapor da água pura, em uma mesma temperatura. • Aw = atividade de água;

•

Os microrganismos apresentam: • Aw mínima • Aw ótima • Aw máxima

Atividade de Água

• Aw = P P0

• P = pressão parcial de vapor da água do alimento • P0 = pressão parcial de vapor da água pura • Aw varia de 0 a 1

✓ Adição de sal, açúcar e outros solventes – reduz Aw por reduzir o valor de P

> 0,95 = Bactérias patogênicas (exceção – S. aureus) > 0,91 = Bactérias deterioradoras

0,60 – 0,91 = bolores e leveduras

0,60 = valor limite de Aw para multiplicação de qualquer microrganismo

Aw dependente de outros fatores  temperatura, disponibilidade de nutrientes, pH e outros

Faixa de

Aa Microrganismoscapazes de se desenvolver

Alimentos com Aa na faixa indicada

1,00 – 0,95 Pseudomonas, Escherichia, Proteus, Shigella, Klebsiella, Bacillus, Clostridium perfringens e algumas

leveduras.

Alimentos muito perecíveis (frutas frescas, vegetais, carnes, peixe), linguiças, salsichas e pães cozidos, alimentos contendo até 40% de sacarose e 7% de sal. 0,95 – 0,91 Salmonella, V.

parahaemolyticus, C. Botulinum, Serratia, Lactobacillus, Pediococcus,

alguns fungos, Rhodotorula,

Pichia.

Alguns queijos (cheddar, suíço, provolone), carnes curadas (presunto), concentrado de frutas, alimentos contendo até 55% de sacarose ou 12% de sal. 0,91 – 0,87 Muitas leveduras (Candida,

Torulopsis, Hansenula), Micrococus.

Embutidos fermentados (salames), bolos confeitados, queijos desidratados, margarina, alimentos contendo até 65% de sacarose ou 15% de sal.

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Faixa de

Aa Microrganismos capazes de se desenvolver Alimentos com Aa na faixa indicada

0,87 – 0,80 A maioria dos fungos,

Staphylococcus aureus, a

maioria das Saccharomyces spp., Debaryomyces.

Concentrados de frutas, leite condensado, xaropes de chocolate e frutas, farinha, arroz, granulados contendo 15 a 17% de umidade, bolos de frutas, presuntos caseiros, foundies e confeitos açucarados.

0,80 – 0,75 A maioria das bactérias Geléias, marmeladas, marzipã, glacê halófilas. de frutas e marshmallow. 0,75 – 0,65 Fungos xerofílicos

(Aspergillus chevalieri, A.

candidus, Wallemia sebi), Saccharomyces bisporus.

Flocos de aveia contendo 10% de umidade, cremes para recheio, geléias, marshmallow, melaço, caldo de cana de açúcar, algumas frutas secas e castanhas.

0,65 – 0,60 Leveduras osmofílicas Frutas secas contendo de 15 a 20% (Saccharomyces rouxii), de umidade: algumas balas, poucos bolores(Aspergillus caramelos e mel.

echinulatus, Monascus sp).

Faixa de Aa Microrganismos capazes de se desenvolver

Alimentos com Aa na faixa indicada

0,50 Sem proliferação microbiana.

Macarrão e massa similares, contendo 12% de umidade, temperos com 10% de umidade. 0,40 Sem proliferação

microbiana. Ovo em pó com 5% de umidade. 0,30 Sem proliferação

microbiana.

Biscoitos e torradas com 3-5% de umidade.

0,20 Sem proliferação microbiana.

Leite em pó (2 – 3% umidade), vegetais desidratados (5% umidade), flocos de milho (5% umidade), sopas desidratadas.

Efeito da diminuição da Aa

Aumento da fase lag do crescimento microbiano e a diminuição da velocidade de multiplicação e do tamanho da população microbiana final.

Este efeito é devido a alterações em todas as atividades metabólicas, pois todas as reações químicas das células são dependentes de água.

Redução da atividade de água no

alimento

1) adição de soluto sal, açúcar, glicerol água desidratação e 2)remoção da

congelamento

Diminuição

da

Aw

=

aumento

da

duração da fase lag e a diminuição do

crescimento microbiano

mantém a Aw eliminam Na+_e Bactérias halofílicas interna apropriada concentram KCl;

Leveduras osmofílicas capacidade de acumulam produzir

glicerol

osmorreguladores mantém Aw;

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Potencial de oxi-redução

Facilidade com que determinado substrato ganha ou perde elétrons

Substrato perde elétrons Oxidado

Substrato ganha elétrons Reduzido

Transferência

de

elétrons

de

um

gera

composto para outro

diferença de potencial (mV)

Intrínseco: Potencial de Oxido redução

• Os aeróbios requerem valores positivos de Eh para se multiplicarem. Inclui: bolores, leveduras, bactérias deteriorantes como a Pseudomonas, entre outras. Algumas patogênicas como Bacillus cereus, também !!

• Os anaeróbios, requerem valores baixos

• As bactérias facultativas ex: família Enterobacteriaceae, e as leveduras se multiplicam bem em ambas as condições...

Microrganismos e o Eh

Valores de Eh para multiplicação de microrganismos

Microrganismo Eh de crescimento em mV

Aeróbios + 350 a + 500

Anaeróbios + 30 a– 250 (melhor – 150)

Anaeróbios facultativos + 100 a + 350

Potencial redox de alguns alimentos

Alimento Eh (mV) Carnes em grandes pedaços sólidos 200 Carne moída -200 Queijos -20 a -200

•Microrganismos aeróbios durante o crescimento

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Composição química

água

fonte de energia (carbono)

fonte de nitrogênio

vitaminas

sais minerais

Nutrientes necessários para a multiplicação microbiana

•Energia

•açúcar, álcool, aminoácido, amido, celulose, gordura •Nitrogênio

•aminoácidos, peptídeos, proteínas •Minerais

•sódio, potássio, cálcio, magnésio, ferro

cobre, manganês, fósforo, zinco, enxofre, cobalto e molibidênio.

Composição química

•Vitaminas

•complexo B, biotina, ácido pantotênico

Carne



Frutas

muita vitamina B pouca vitamina B



Bactérias Gram-positivas não

sintetizam



Bactérias Gram-negativas, leveduras e bolores sintetizam

Microrganismos mais exigentes:



Bactérias Gram-positivas;



Bactérias Gram-negativas;



Leveduras;



Bolores.

Constituintes antimicrobianos

Substâncias que apresentam a capacidade de retardar ou impedir a multiplicação microbiana.

Podem ser:

Naturais;

Produzidas pelos microrganismos;

Adicionadas aos alimentos

Naturais

Substância Alimento cravo, canela alho canela orégano lisozima lactoferrina eugenol alicina aldeído cinâmico timol e isotimol clara de ovo leite Sistema lactoperoxidase - lactoperoxidase -tiocianato e H2O2 leite

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Produzida por microrganismos

Substância Microrganismo

ácido propiônico bactéria propiônica

ácido lático bactéria lática

álcool levedura

antibiótico bolores

bacteriocinas vários, especialmente

bactérias gram positivas

água oxigenada estreptococos e

lactobacilos

Adicionadas ao alimento (conservantes)

• • • • ácidos nitratos e nitritos

dióxido de enxofre e sulfitos nisina

Competição entre microrganismos

Interações entre os microrganismos

Antagonismo

•Ex: Bactérias produzem ácido láctico meio ácido para a maioria dos microrganismos

Sinergismo

•Ex: leveduras degradam o ácido láctico crescimento de outros microrganismos

Produção de bacteriocinas

◗

Produzidas por bactérias = ação em

bactérias relacionadas;

◗

Uso promissor em alimentos = consideradas

conservadores “naturais”.

A adição de microrganismos inofensivos

Estímulo do processo competitivo

EXCLUSÃO COMPETITIVA

Estruturas biológicas

Casca de frutas; Casca de nozes; Casca de ovo;

Película que envolve sementes; Pele dos animais

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FATORES EXTRÍNSECOS

Temperatura

TEMPERATURA (OC)

GRUPO MÍNIMA ÓTIMA MÁXIMA

Termófilos 40 - 45 55 - 75 60 - 90

Mesófilos 5 - 15 30 - 45 35 - 47

Psicrófilos -5 - +5 12 - 15 15 - 20

Psicrotróficos -5 - +5 25 - 30 30 - 35

Psicrotróficos

 Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium,

Micrococcus. Mesófilos

 

A maioria das espécies Maior parte dos patógenos

Termófilos

 _{Algumas espécies de Bacillus e Clostridium}

Temperatura

Temperaturas (°C) 62,850 40 - 37,7- 36,115 7,2 -0 BACTÉRIAS CRESCEM

RÁPIDO BACTÉRIAS CRESCEM

BACTÉRIAS CRESCEM EM TAXAS REDUZIDAS

BACTÉRIAS MORREM SE AQUECIDAS POR TEMPO SUFICIENTE

100

-+

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-Temperatura ótima de crescimento

Outros microrganismos

Bolores

 

faixa ampla de temperatura

crescem

em

temperatura

de

refrigeração

Leveduras



crescem

na

temperatura

de

psicrotróficos e mesófilos

Adaptação bioquímica a diferentes temperaturas

Temperaturas extremas manutenção da estabilidade da membrana;

Termófilos grande número de ácidos graxos saturados de elevado ponto de fusão; Psicrófilos grande número de ácidos

graxos insaturados de baixo ponto de fusão; Psicrotróficos ácidos graxos alternados.

Umidade Relativa

UR

eq

= Aw x 100



UR

eq

= umidade relativa de equilíbrio

 

UR > Aw

UR< Aw

absorção de água

perda de água

• Há correlação direta entre Aa e umidade relativa do ambiente. • Alimento em equilíbrio com a atmosfera: % UR = Aa x 100 • UR elevada + Alimento desidratado (Aa baixa)  alimento absorve

umidade do ambiente sofre deterioração geralmente de origem fúngica.

• UR reduzida + alimento com Aa alta  desidratação superficial do alimento com alteração das propriedades organolépticas.

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➢A capacidade de multiplicação dos microrganismos dependerá do Aa final.

➢A relação UR/Aa deve ser levada em conta para garantir o controle do desenvolvimento microbiano e prolongamento do tempo de armazenagem.