FATORES INTRÍNSECOS E EXTRÍNSECOS Fatores que Afetam o Desenvolvimento Microbiano em Alimentos ALIMENTO Substrato para os microrganismos Deterioração do alimento Infecção ou intoxicação alimentar Formas de evitar a deterioração ou toxinfecções Prevenir a contaminação Eliminar os microrganismos do alimento Evitar o crescimento dos microrganismos Por que alguns microrganismos crescem mais rapidamente em determinado tipo de alimento? Por que alguns alimentos se conservam por um longo tempo? Capacidade de sobrevivência ou multiplicação Fatores intrínsecos Fatores extrínsecos Fatores Intrínsecos pH Atividade de água (Aw) Potencial de óxido-redução (Eh) Composição química Fatores antimicrobianos Estrutura biológica Interação entre microrganismos Fatores Extrínsecos Temperatura Umidade Composição gasosa da atmosfera ra Umidade e aw At m os fe ra Nu I n te ent raçã re M o Os pH T p m e atu r e s te en tri Poten cial redox os n a bi o r ic m i t An FATORES INTRÍNSECOS pH Os microrganismos apresentam valores de pH, mínimo, ótimo e máximo para multiplicação. A maioria dos microrganismos crescem melhor em pH próximo da neutralidade (6,5 a 7,5) Faixa de crescimento de alguns microrganismos Microrganismo pH ótimo pH máximo pH mínimo Bactérias (a maioria) 6,5 a 7,5 9,0 4,5 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 pH 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 crescimento microbiano ⇒ mais sujeitos ao 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 5,5 – 6,2 frango 6,2 – 6,4 peixe 6,6 – 6,8 leite 6,3 – 6,5 clara de ovo 9 -10 tomate 4,2 – 4,3 maçã 2,9 – 3,3 banana 4,5 – 4,7 milho 7,3 alface 6,0 cenoura 4,9 –6,0 Efeito dos ácidos nos microrganismos Maior gasto de energia para manter o pH intracelular Desnaturação de proteínas, DNA Alteração da atividade das enzimas responsáveis pelas atividades vitais da célula Menor velocidade de crescimento Adaptação bioquímica a extremos de pH Acidófilos e alcalófilos mantém pH interno próximo da neutralidade eliminam OH- ou H+; pH ácido = aminoácido descarboxilase ⇒ produzem aminas ⇒ ↑ pH; pH básico = aminoácido desaminase ⇒ produzem ácidos ⇒ ↓ pH. Atividade de Água Aw = atividade de água; Os microrganismos necessitam de água livre para suas atividades metabólicas. 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 > 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 Valores mínimos de Aw para o crescimento de microrganismos GRUPO AW BACTÉRIAS DETERIORADORAS 0,9 LEVEDURAS DETERIORADORAS 0,88 BOLORES 0,8 BACTÉRIAS HALOFÍLICAS 0,75 BOLORES XEROFÍLICOS 0,65 LEVEDURAS OSMOFÍLICAS 0,61 Aw dos alimentos Alimento Aw 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 Faixa de Aa Microrganismos capazes 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), lingüiças, 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. 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 halófilas. Geléias, marmeladas, marzipã, glacê 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 (Saccharomyces rouxii), poucos fungos (Aspergillus echinulatus, Monascus, Monascus bisporus). Frutas secas contendo de 15 a 20% de umidade: algumas balas, caramelos e mel. 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. Redução da atividade de água no alimento 1) adição de soluto 2) remoção da água congelamento sal, açúcar, glicerol desidratação e Diminuição da Aw = aumento da duração da fase lag e a diminuição do crescimento microbiano Adaptação bioquímica a baixa Aw Bactérias halofílicas interna apropriada concentram KCl; mantém a Aw eliminam Na+ e Leveduras osmofílicas capacidade de produzir osmorreguladores acumulam glicerol mantém Aw; Potencial de oxi-redução Facilidade com que determinado substrato ganha ou perde elétrons Substrato perde elétrons Substrato ganha elétrons Transferência de elétrons composto para outro diferença de potencial (mV) Oxidado Reduzido de um gera Eh dos microrganismos Quanto mais oxidado = mais positivo Substrato mais reduzido = mais negativo Microrganismo Eh Aeróbio + 350 a + 500 Anaeróbio menor que -150 Microrganismos e o Eh Eh de alguns alimentos Alimentos Eh (mV) Suco de uva 409 Frutas frescas e vegetais 300 a 400 Leite 200 a 300 Carne moída 200 Carnes em grandes pedaços - 200 Grãos de trigo -320 a -360 Queijos -20 a -200 • Microrganismos aeróbios durante o crescimento • Reduzem o Eh do alimento Composição química Nutrientes necessários multiplicação microbiana: água fonte de energia (carbono) fonte de nitrogênio vitaminas sais minerais para a Composição química • 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 eugenol alicina aldeído cinâmico timol e isotimol clara de ovo leite cravo, canela alho canela orégano lisozima lactoferrina Sistema lactoperoxidase - lactoperoxidase - tiocianato e H2O2 leite Produzida por microrganismos Substância Microrganismo ácido propiônico ácido lático álcool antibiótico bacteriocinas bactéria propiônica bactéria lática levedura bolores vários, especialmente bactérias gram positivas estreptococos e lactobacilos água oxigenada 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 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 Temperatura Psicrotróficos Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus. Mesófilos A maioria das espécies Maior parte dos patógenos Termófilos Algumas espécies de Bacillus e Clostridium Temperaturas (°C) 100 - + 62,8- BACTÉRIAS MORREM SE AQUECIDAS POR TEMPO SUFICIENTE 50 40 37,736,1- BACTÉRIAS CRESCEM EM TAXAS REDUZIDAS BACTÉRIAS CRESCEM RÁPIDO BACTÉRIAS CRESCEM 15 7,2 0 BACTÉRIAS PARAM DE CRESCER, PORÉM NÃO MORREM - Temperatura ótima de crescimento Outros microrganismos Bolores faixa ampla de temperatura crescem em temperatura refrigeração Leveduras crescem na temperatura psicrotróficos e mesófilos de de 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 UReq = Aw x 100 UReq = umidade relativa de equilíbrio UR > Aw UR< Aw absorção de água perda de água Umidade Relativa Composição Gasosa Presença de O2 aeróbios, facultativos Ausência de O2 facultativos anaeróbios, Atmosfera modificada Substituição parcial ou total do O2 por outros gases = prolonga o tempo de armazenamento dos alimentos. CO2; Nitrogênio. TEORIA DOS OBSTÁCULOS Interações entre os fatores intrínsecos e extrínsecos para impedir a multiplicação de microrganismos deterioradores e patogênicos, melhorando a estabilidade e a qualidade de alimento ◗ TEORIA DOS OBSTÁCULOS Conceito dos Obstáculos EXEMPLO: uso de métodos combinados na preservação de polpa de goiaba com 15oBRIX Alteração da atividade de água e o pH do produto através da adição de sacarose (0 a 70%), ácido cítrico (0 a 3%) e sorbato de potássio, conservando o produto por 120 dias à 25oC.