Fatores intrínsecos e extrínsecos

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Fatore� intrínsec�� � extrínsec�� n�
desenvolviment� d� microrganism�� e� aliment��
Ecologia microbiana:
● Os microrganismos utilizam os alimentos como fonte de nutrientes para o
crescimento – deterioração;
● Os agentes causadores de deterioração podem ser bactérias, fungos
filamentosos e leveduras;
● Durante o processo da deterioração é selecionado uma população ou
tipo predominante de microrganismos;
● Cada tipo de alimento deteriora-se pela ação de um tipo de
microrganismo:
o Ex: carnes – bactérias psicrotróficas; suco de frutas – leveduras.
● Dos microrganismos presentes no alimento, somente uma parte dessa
microbiota contaminante prolifera o suficiente para causar a alteração no
produto.
Ecologia microbiana dos alimentos:
● A ecologia microbiana estuda as interações entre os microrganismos
entre si e com o ecossistema. Em um ecossistema, cada organismo
interage com outros organismos e com o meio ambiente, produzindo
alterações químicas benéficas ou prejudiciais ao meio.
o Fatores intrínsecos;
o Fatores extrínsecos;
o Fatores implícitos.
~ Fatore� Intrínsec�� ~
● Atividade de água;
● pH;
● Potencial de oxido-redução;
● Quantidade de nutrientes;
● Constituintes antimicrobianos;
● Estruturas biológicas (cascas, membranas, pele, etc).
Atividade de água (Aa):
● Umidade ≠ Atividade de água;
● Umidade se refere à água que está contida no alimento, já a Aa é a água
livre (disponível) no alimento;
● Para o metabolismo e multiplicação de microrganismos – água na forma
disponível.
● Água ligada a macromoléculas – não está livre para participar de reações
químicas e, portanto, não pode ser aproveitada;
● Aa = P / Po (mede a disponibilidade de água em um alimento);
o Po = pressão parcial de vapor da água pura;
o P = pressão parcial de vapor da água contida em uma solução /
alimento;
● Pressão de vapor: é a pressão na qual a água entra em estado de vapor
numa dada temperatura. A pressão de vapor de uma substância em
mistura com outras é sempre menor de que quando ela está no estado
puro;
● O valor de Aa sempre será inferior a 1,0. Quanto mais próximo de 1,0, maior
a disponibilidade de água e maior a atividade de água.
● Quanto maior a concentração de solutos, menor é a atividade de água;
● Bactérias preferem ambientes com maior Aa para multiplicação;
● Fungos podem proliferar em ambientes mais secos;
● Os microrganismos não se desenvolvem em ambiente completamente
desidratados.
o Aa: 1 = significa água pura;
o Aa: 0,999 = existe um mínimo de nutrientes (raramente encontrado no
que se diz a alimentos);
o Aa: 0,6 = não há água livre que favoreça o metabolismo bacteriano,
mas certos fungos podem se reproduzir.
● Há alguns grupos de microrganismos particularmente resistentes a baixas
Aa, como os:
o Microrganismos osmofílicos: para se desenvolver precisam de
ambiente com baixa Aa (como aquele proporcionado por produtos
açucarados);
o Microrganismos osmodúricos: suportam, mas não exigem ambientes
com elevada concentração de açúcar;
o Microrganismos halofílicos: necessitam, para se desenvolver, de
ambiente com elevada concentração salina;
o Microrganismos halodúricos: suportam ambientes com alta
concentração de sal; Ex: S. aureus.
o Microrganismos xerofílicos: possuem afinidade com ambientes
secos.
● As concentrações de solutos, adição de sais, de açúcar e de outras
substâncias provocam a redução da atividade de água dos alimentos, por
reduzir a pressão parcial de vapor nos alimentos;
o Redução de água livre – redução do desenvolvimento de
microrganismos – conservação.
Como reduzir a atividade de água dos alimentos?
● Desidratação;
● Adição de solutos aos alimentos;
● Congelamento (torna a água indisponível).
O crescimento dos microrganismos possui 4 fases:
Fase lag: fase de adaptação metabólica ao novo ambiente; o metabolismo
celular está direcionado para sintetizar as enzimas requeridas para o crescimento
nas novas condições ambientais encontradas pelas células. O número de indivíduos
não aumenta nesta fase, podendo até mesmo decrescer.
Fase de crescimento exponencial, ou fase log: microrganismos se encontram na
plenitude das capacidades, num meio cujo suprimento de nutrientes é superior às
necessidades dos microrganismos. Fase na qual o número de células da população
dobra a cada geração.
Fase estacionária: a velocidade de crescimento dos microrganismos vai
diminuindo até atingir a fase em que o número de novos microrganismos é igual ao
número de microrganismos que morrem. As causas dessa parada de crescimento
podem ser devido ao acúmulo de metabólitos tóxicos, o esgotamento de nutrientes e
de O2.
Fase de declínio ou morte: a quantidade de microrganismos que morre torna-se
progressivamente superior àquela dos que surgem.
Isotermas de sorção:
● As isotermas de sorção de água são gráficos que relacionam a
quantidade de água de um alimento com sua atividade de água.
● Varia para cada tipo de alimento e depende: estrutura física, composição
química e capacidade de retenção de água no alimento.
Por que é importante medir a atividade de água do alimento?
● Prever o desenvolvimento microbiano;
● Avaliar as reações químicas e vida de prateleira;
● Avaliar a estabilidade física;
● Projetar a embalagem – proteção contra umidade do ambiente;
● Analisar a transferência de umidade entre ingredientes;
● Considerar o intercâmbio de umidade com o meio ambiente;
● Predizer a curva de isoterma – umidade x atividade de água.
Umidade relativa do ar (Ura) e Aa dos alimentos:
● O alimento troca água com o ambiente;
● URa < Aa:
o Alimento perde água;
o Dessecação da superfície do alimento;
o Menor suscetível ao crescimento microbiano (pode haver
crescimento de fungos);
● URa > Aa:
o Agrega umidade a superfície do alimento;
o Maior risco de proliferação de microrganismos.
Efeito da concentração de solutos sobre a célula:
● A água presente dentro da célula pode ser removida por elevações na
pressão osmótica. Quando uma célula microbiana se encontrar em uma
solução contendo uma concentração de sais superior àquela do interior
da célula ocorrerá a passagem da água de dentro da célula, através da
membrana plasmática, para o meio extracelular. A perda de água por
osmose causa a plasmólise ou diminuição da membrana plasmática da
célula – inibição do crescimento.
Resposta microbiana a baixa atividade de água:
● Acúmulo de solutos compatíveis (osmoprotetores = confere uma larga
adaptabilidade aos microrganismos):
o Prolina;
o Íons K;
o Betaína, glicina;
o Glutamina;
o Glicerol;
o Sacarose;
● Envolve a síntese de compostos e importação de compostos do ambiente.
pH:
● O pH ou potencial de hidrogênio iônico, é um índice que indica acidez,
neutralidade ou alcalinidade de um meio.
● pH = - log10 [H+]
● pH = pKa + log10 [A-] / [HA]
● Os microrganismos têm valores de pH mínimo, ótimo e máximo para a
multiplicação;
● pH em torno da neutralidade (6,5 – 7,5) = favorável;
● Alguns microrganismos são favorecidos pelos meios ácidos: bactérias
láticas;
● Fungos filamentosos e leveduras = maior tolerância ao pH;
● Bactérias patogênicas = mais exigentes.
Classificação dos alimentos quanto a acidez:
Grau de acidez pH Tipos de alimentos
Pouco ácidos > 4,5 Leite, carnes, pescados e alguns
vegetais
Ácidos 4,0 a 4,5 Algumas hortaliças e frutas
Muito ácidos < 4,0 Sucos de frutas, refrigerantes
Efeitos do pH no microrganismo:
● Alteração da atividade das enzimas responsáveis pelas atividades vitais
da célula;
● Afeta transporte de nutrientes para o interior da célula;
● Menor velocidade de crescimento;
● A membrana citoplasmática e relativamente impermeável aos íons H+ e
OH-.
● Quando em meios com pH abaixo ou acima da neutralidade – afeta a
capacidade de multiplicação – capacidade de modificar o pH do meio
para um valor ou faixa ótima.
● O que acontece?
o Ambientes ácidos: evitar que H+ entre ou expelir numa velocidade
maior que a de entrada;
o Maior gasto de energia para manter o pH intracelular;
o Desnaturação de proteínas, DNA;
o Menor velocidade de crescimento;
Efeito da exposição aoácido na célula:
● Em relação ao transporte de nutrientes, a célula bacteriana tende a ter
uma carga residual negativa. Assim, compostos ionizados não conseguem
entrar na célula. Por isso a importância de os ácidos estarem não
ionizados para permear a membrana das bactérias.
● Manutenção da homeostase: manter o pH interno mesmo quando o pH
externo seja baixo;
● Resposta de tolerância ao ácido: ATR (Acid Tolerance Response): indução
da síntese de proteínas (proteínas do choque ácido);
● Resposta cruzada ao estresse: células submetidas a inicialmente ao
estresse osmótico responderam melhor ao estresse ácido);
● Como impedir isto? Escolha adequada do método de conservação.
Potencial de oxidação-redução:
● Definição: facilidade com a qual o substrato ganha ou perde elétrons;
● Quando um elemento ou composto perde elétrons = oxidado;
● Quando um elemento ou composto ganha elétrons = reduzido;
● Quando os elétrons são transferidos de um composto para outro, uma
diferença de potencial é criada entre esses dois compostos – Volts (V) ou
milivolts (mV);
● Quanto mais oxidado: mais positivo o potencial de oxirredução;
● Quanto mais reduzida: mais negativo o potencial de oxirredução;
● Microrganismos aeróbios: valores de Eh positivos (oxidantes);
● Microrganismos anaeróbios: valores de Eh negativos (redutores);
● O potencial redox de um alimento depende:
o Da composição;
o Da capacidade de balanceamento, isto é, da resistência do alimento
em modificar o Eh;
o Da tensão de oxigênio da atmosfera em contato com o alimento;
o Do acesso que a atmosfera tem ao alimento (embalagens com
diferentes permeabilidades ao oxigênio, embalagens a vácuo,
atmosfera modificada).
● Importância na conservação de alimentos:
o Determinante para desenvolvimento de diferentes tipos de
microrganismos;
o Por exemplo, pode-se utilizar embalagens impermeáveis ao oxigênio,
o uso de vácuo, atmosfera com gases
● Embalagens a vácuo;
● Estes recursos são utilizados para queijos, hortaliças, produtos cárneos e
outros, a fim de evitar os fungos filamentosos superficiais;
● No caso de enlatados, o ambiente anaeróbio favorece a multiplicação de
bactérias esporuladas, anaeróbias ou anaeróbias facultativas.
Presença de nutrientes:
● Principais elementos químicos para crescimento das células:
o Carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre;
o Microrganismos heterotróficos: usam compostos orgânicos como
principal fonte de carbono;
o Microrganismos autotróficos: usam CO2 como principal e única
fonte de carbono;
● Para que ocorra a multiplicação microbiana é preciso que estejam
disponíveis:
o Água;
o Fonte de energia (CHO, lipídios);
o Fonte de nitrogênio: aminoácidos;
o Vitaminas;
o Sais minerais (reações enzimáticas);
● Os nutrientes que estão contidos nos alimentos selecionam os
microrganismos capazes de crescer;
● Isso se dá de acordo com a capacidade de hidrolisar o substrato que
forma o alimento;
● Ex: margarina – microrganismo lipolítico capaz de hidrolisar lipídios;
Fatores antimicrobianos naturais:
● Substâncias que tem capacidade de retardar ou impedir a multiplicação
microbiana;
● Confere estabilidade de alguns alimentos;
● Condimentos: óleos essenciais (eugenol, alicina, aldeído cinâmico, timol,
isotimol);
● Ovos: clara (lisozima);
● Leite: sistema lactoperoxidase, lactoferrina, lisozima;
● Ácidos orgânicos: ácido lático, acético e cítrico;
● Compostos fenólicos: derivados de ácido hidroxicinâmico (ácido
p-coumárico, ferúlico, caféico e clorogênico), taninos.
Estruturas biológicas:
● Barreira ou obstáculo para o acesso de microrganismos às partes
perecíveis de alguns alimentos, ou seja, aquela que apresenta nutrientes;
● Servem como barreiras mecânicas para penetração de microrganismos;
● Ex: cascas de sementes, nozes, arroz, peles, pelos de animais, cascas ou
películas de frutas.
~ Fatore� Extrínsec�� ~
● Propriedades do meio ambiente que afetam tanto os alimentos quanto os
microrganismos;
o Temperatura;
o Umidade relativa;
o Atmosfera gasosa;
o Aditivos intencionais;
o Tratamentos tecnológicos;
● Armazenamento dos alimentos podem evitar a ação dos fatores
extrínsecos.
Temperatura:
● Fator ambiental mais importante para a multiplicação microbiana;
● Cada tipo de microrganismo possui características estruturais e
metabólicas próprias, condições específicas de resistência ao calor e ao
tempo de exposição;
● Faixa de multiplicação pode variar: -34ºC a 90ºC.
● Classificação:
o Microrganismos psicrófilos (crescem de 0ºC a 20°C; ótimo 10-15°C);
o Microrganismos mesófilos (mínimas 5°C a 25°C, máximas 40°C a
50°C; ótima 25-40°C);
o Microrganismos termófilos (mínimas 35°C a 45°C, máximas 60°C a
90°C; ótima 45-65°C);
o Microrganismos psicrotróficos (≤5°C; crescem 0-7°C; ótima 20-30°C).
● Abaixo da temperatura mínima há solidificação da membrana, transporte
lento e crescimento não ocorre;
● A partir da temperatura mínima as reações enzimáticas ocorrem em
velocidade crescente;
● Na temperatura ótima as reações enzimáticas ocorrem em velocidade
máxima;
● Na temperatura máxima ocorre desnaturação proteica, colapso da
membrana citoplasmática, lise térmica;
● Zona de perigo: temperaturas onde há possibilidade de ocorrer maior
crescimento microbiano.
Choque/estresse causado pelo calor:
● Os microrganismos são capazes de adaptar a tratamentos brandos de
diferentes maneiras:
o Composição da membrana celular (aumento da insaturação e
comprimento de ácidos graxos) garante a fluidez da membrana;
o Acúmulo de osmólitos protege/estabiliza enzimas da ação do calor;
o Bacillus, Clostridium: produzem endósporos;
o Proteínas do choque térmico;
Umidade relativa do ambiente:
● A umidade do ambiente de estocagem dos alimentos interfere com a Aa
dos mesmos.
● Alimento em equilíbrio com a atmosfera: umidade relativa de equilíbrio =
Aa x 100
● Alimentos com Aa baixa podem absorver umidade do ambiente (ex:
biscoitos, farinhas, alimentos desidratados, carnes e peixes salgados, etc);
● Alimentos com Aa alta podem perder água para o ambiente (ex: frutas e
hortaliças in natura, carnes frescas, pães, etc).
Composição gasosa do ambiente:
● Fator determinante do microrganismo que irá crescer;
● Presença de oxigênio: microrganismos aeróbios;
● Ausência de oxigênio: microrganismos anaeróbios;
● Carne embalada a vácuo ou alimentos enlatados;
● Se um alimento enlatado estiver contaminado com microrganismos
anaeróbicos, ao abrir a lata o alimento continua contaminado?
o Os microrganismos vão morrendo aos poucos, porém não se deve
consumir o alimento, pois as toxinas continuam viáveis;
● Uso de atmosfera modificada: oxigênio é total ou parcialmente
substituído por outros gases:
o Embalagem a vácuo;
o CO2.
~ Fatore� Implícit�� ~
● Interação entre microrganismos;
● Nem todo microrganismo que contamina o alimento irá deteriorá-lo;
● Fatores implícitos relacionam-se com as populações de microrganismo e
interações que proporcionam o crescimento ou não no alimento;
● Esses fatores podem ser:
o +: ambos crescem. Ex: um dado microrganismo hidrolisa amido e o
outro utiliza glicose, mas outros podem utilizar a maltose ou
dextrinas;
o -: um cresce e outro não.
● Estímulo ao crescimento:
o Produção de metabólitos (vitaminas, hidrólise de polissacarídeos,
proteínas e lipídeos);
o Mudanças no pH, Eh e Aa;
o Degradação de substâncias inibidoras;
Microbiota do alimento:
● Bactérias láticas: produz ácido lático, bacteriocinas que inibem ou
eliminam determinados microrganismos patogênicos;
● Leveduras: consomem os ácidos orgânicos dos alimentos fornecendo
condição para multiplicação de microrganismos que são inibidos pela
acidez;
● Staphylococcus aureus e Clostridium botulinum: são maus competidores e
não se desenvolvem em alimentos que apresentam elevadas contagens de
outros microrganismos.
Teoria de barreiras:
● Tecnologia de barreiras/teoria de obstáculos/conceito de obstáculos de
Leistner;
● Diversos fatores e técnicas são empregados simultaneamente no controle
de microrganismos em alimentos;
● Obstáculos agem como barreirasde modo a impedir que os
microrganismos encontrem condições favoráveis ao seu desenvolvimento
e/ou produção de toxinas;
● Para cada tipo de alimento os obstáculos diferem em quantidade e
intensidade para garantir estabilidade e segurança.