Cultivo e crescimento microbiano

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CULTIVO E CRESCIMENTO 
MICROBIANO 
Profª. Msc. Juliana Munduruca 
 
Disciplina: Microbiologia de Alimentos 
Ementa 
• Unidade II – Cultivo e crescimento microbiano 
 
• Crescimento populacional 
 
• Medidas do crescimento microbiano 
 
• Fatores que influem sobre o crescimento microbiano em 
alimentos 
• Fatores intrínsecos (atividade de água, acidez, potencial de oxi-
redução, composição química, fatores antimicrobianos naturais e 
interações entre microrganismos) 
• Fatores extrínsecos (temperatura, umidade relativa, atmosfera). 
 
• Conceito de obstáculos de Leistner 
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Reprodução 
• As bactérias se reproduzem por fissão binária (bipartição ou 
cissiparidade), processo no qual uma célula-mãe se divide 
para formar duas células-filhas (crescimento exponencial ou 
crescimento logarítmico). 
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Crescimento exponencial 
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Reprodução 
• O crescimento exponencial e o curto tempo necessário para 
a duplicação de certos organismos resultam na rápida 
produção de grandes números de bactérias. 
 
• O tempo de duplicação varia não apenas entre as espécies, 
mas também com a quantidade de nutrientes, a 
temperatura, o pH e outros fatores ambientais. 
 
• Exemplo: 
• Escherichia coli leva 20 minutos para duplicar. Em 3 horas, produzirá 
mais de mil células-filhas e, acima de um milhão em 
aproximadamente 7 horas. 
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Crescimento microbiano 
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Fases do ciclo de crescimento 
• Fase lag (fase de retardo): ocorre uma vigorosa atividade 
metabólica, mas as células não se dividem. Pode durar de 
poucos minutos a muitas horas. 
 
• Fase log (logarítmica): ocorre uma rápida divisão celular. 
 
• Fase estacionária: ocorre quando há carência de 
nutrientes ou a presença de produtos tóxicos provoca a 
redução do crescimento até que o número de células 
novas produzidas seja equivalente ao número de células 
que morrem, resultando numa situação de equilíbrio na 
população. 
 
• Fase final, de morte ou de declínio: é marcada por um 
declínio no número de células viáveis. 
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FATORES INTRÍNSECOS 
• Atividade de água (Aa); 
• Acidez (pH); 
• Potencial de oxi-redução (Eh); 
• Composição química; 
• Fatores antimicrobianos naturais; 
• Interações entre microrganismos; 
 
FATORES EXTRÍNSECOS 
• Temperatura; 
• Umidade relativa do ambiente; 
• Composição gasosa do ambiente. 
nutrientes 
Estrutura 
biológica 
antimicrobianos 
pH 
Eh Aa 
temperatura 
Umidade relativa 
gases 
Fatores que influenciam o crescimento 
microbiano nos alimentos 
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Fatores intrínsecos 
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Atividade de água (Aa) 
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• Os microrganismos dependem de água 
disponível para sua sobrevivência, 
metabolismo e multiplicação. 
 
• A água ligada a macromoléculas por 
forças físicas não está livre para agir 
como solvente ou para participar de 
reações químicas  não pode ser 
aproveitada pelos microrganismos! 
 
• Atividade de água (Aa)  parâmetro 
que mede a disponibilidade de água 
em um alimento. 
Atividade de água (Aa) 
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Atividade de água (Aa) 
Como é calculada a Atividade de água (Aa)  Relação 
existente entre a pressão parcial de vapor de água contida 
na solução ou no alimento (P) e a pressão parcial de vapor 
da água pura (Po), a uma dada temperatura (25º C): 
 
Aa = P/Po 
 
• Exemplos de fatores que reduzem o valor de Aa de 
alguns alimentos: 
• Adição de sais, açúcar e outras substâncias 
• Remoção da água (desidratação) e congelamento 
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• Os valores de Aa variam 
de 0 a 1. 
 
• Na maioria dos alimentos 
frescos a Aa é superior a 
0,95. 
 
• Considerando que o valor 
de Aa da água pura é 1,0, 
e que os microrganismos 
não se multiplicam em 
água pura, o limite máximo 
para o crescimento 
microbiano é ligeiramente 
menor do que 1,0. 
Atividade de água (Aa) 
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Os microrganismos 
têm um valor mínimo, 
máximo e ótimo de Aa 
para a sua 
multiplicação. 
 
Atividade de água 
(Aa) 
Atividade de água (Aa) 
• Bactérias necessitam de + Aa do que fungos; 
 
• Gram-negativas + exigentes que Gram-positivas; 
 
• Maioria das bactérias deteriorantes não crescem em Aa 
menor que 0,91; 
 
• Fungos deteriorantes crescem com Aa acima de 0,80; 
 
• Sthaphylococcus aureus suporta até Aa de 0,86 e 
Clostridium botulinum não cresce abaixo de 0,94; 
 
• Aa 0,60 – valor limitante para multiplicação de qualquer 
microrganismo. 
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Atividade de água (Aa) 
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• Atividade de água, temperatura e disponibilidade de 
nutrientes são interdependentes. 
 
• A Aa limitante para o crescimento de determinado 
microrganismo depende ainda de outros fatores 
intrínsecos que podem agir simultaneamente, como pH 
do meio, potencial de oxi-redução e a presença de 
substâncias antimicrobianas naturais ou intencionalmente 
adicionadas, entre outros. 
 
• Quando esses fatores provocam um afastamento das 
condições ótimas para a multiplicação de determinado 
microrganismo, mais alto será o valor de Aa necessária. 
Atividade de água (Aa) 
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Atividade de água (Aa) 
• O efeito direto da diminuição da Aa é: 
• o aumento da duração da fase lag de crescimento 
• a diminuição da velocidade de multiplicação dos microrganismos, 
consequência da baixa quantidade de água para as atividades 
metabólicas. 
• Ex: salga, defumação, adição de açúcar, etc. 
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Acidez (pH) 
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Acidez (pH) 
Ácido Básico 
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Acidez (pH) 
 A faixa de pH entre 6,5 a 7,5 é a mais favorável para o 
desenvolvimento da maioria dos microrganismos. 
 
 Quando os microrganismos são colocados em meio de 
pH desfavorável a sua taxa de crescimento varia de 
acordo com capacidade de modificar o meio externo. 
 
 Resistência a variações de pH: 
 bolores > leveduras > bactérias; 
 
 As bactéria patogênicas são mais exigentes ao pH, pois 
apresentam uma faixa de pH ótimo mais estreita. 
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Organismo pH 
mínimo ótimo máximo 
Bactérias (maioria) 4,5 6,5 a 7,5 9,0 
Acetobacter 4,0 5,4 a 6,3 - 
Bacillus subtilis 4,2 a 4,5 6,8 a 7,2 9,4 a 10 
Clostridium botulinum 4,8 a 5,0 6,0 a 8,0 8,5 a 8,8 
Clostridium perfringens 5,0 a 5,5 6,0 a 7,6 8,5 
Clostridium sporogenes 5,0 a 5,8 6,0 a 7,6 8,5 a 9,0 
Erwinia carotovora 4,6 7,1 9,3 
Escherichia coli 4,3 a 4,4 6,0 a 8,0 9,0 a 10 
Gluconobacter oxidans 4,0 a 4,5 5,5 a 6,0 - 
Lactobacillus (maioria) 3,0 a 4,4 5,5 a 6,0 7,2 a 8,0 
L. acidophilus 4,0 a 4,6 5,5 a 6,0 7,0 
L. plantarum 3,5 5,5 a 6,5 8,0 
Leuconostoc cremoris 5,0 5,5 a 6,0 6,5 
L. oenos - 4,2 a 4,8 - 
Pediococcus cerevisiae 2,9 4,5 a 6,5 7,8 
Propionibacterium 4,7 6,2 a 7,0 7,5 
Proteus vulgaris 4,4 6,0 a 7,0 8,4 a 9,2 
Pseudomonas (maioria) 5,6 6,6 a 7,0 8,0 
P. aeruginosa 5,6 6,6 a 7,0 8,0 a 9,0 
Tabela 4. Valores de pH para multiplicação de alguns microrganismos. 
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Organismo pH 
mínimo ótimo máximo 
Salmonella 4,5 a 5,0 6,0 a 7,5 8,0 a 9,6S. typhi 4,0 a 4,5 6,5 a 7,2 8,0 a 9,0 
S. choleraesuis 5,0 7,0 a 7,6 8,2 
Serratia marcescens 4,6 6,0 a 7,0 8,0 
Staphylococcus aureus 4,0 a 4,7 6,0 a 7,0 9,5 a 9,8 
Streptococcus lactis 4,1 a 4,8 6,4 9,2 
Vibrio 5,5 a 6,0 - 9,0 
V. cholerae - 8,6 - 
V. parahaemolyticus 4,8 a 5,0 7,5 a 8,5 11,0 
Leveduras 1,5 a 3,5 4,0 a 6,5 8,0 a 8,5 
Kluyveromyces 1,5 a 2,0 - - 
Pichia 1,5 - - 
S. cerevisiae 2,0 a 2,4 4,0 – 5,0 - 
Z. rouxii 1,5 3,5 a 5,5 8,5 a 10,5 
Bolores 1,5 a 3,5 4,5 a 6,8 8,0 a 11 
Aspergillus niger 1,2 3,0 a 6,0 - 
A.oryzae 1,6 a 1,8 - 9,0 a 9,3 
Botrytis cinerea 2,5 - 7,4 
Mucor - 3,0 a 6,1 9,2 
Penicillium 1,9 4,5 a 6,7 9,3 
Rhizopus nigricans - 4,5 a 6,0 - Ta
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Observação! 
•
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Acidez (pH) 
 Alimentos divididos em 3 grupos: 
 
 Alimentos muito ácidos (pH< 4,0). Ex: maçã, laranja, 
azeitona (bolores e leveduras); 
 
 Alimentos ácidos (pH entre 4 e 4,5). Ex: beterraba, 
tomate (leveduras, bolores, e algumas espécies de 
bactérias láticas e de Bacillus); 
 
 Alimentos de baixa acidez (pH>4,5). Ex: carnes e 
frutos do mar (mais sujeitos a espécies patogênicas e 
deteriorantes). 
 
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Produto pH Produto pH 
Verduras Frutas 
Abóbora 4,8-5,2 Ameixa 2,8-4,6 
Aipo 5,7-6,0 Banana 4,5-4,7 
Alface 6,0 Figo 4,6 
Aspargo (flor e caule) 5,7-6,1 grapefruit (suco) 3,0 
Azeitona 3,6-3,8 laranja (suco) 3,6-4,3 
Batata (inglesa e doce) 5,3-5,6 lima 1,8-2,0 
Berinjela 4,5 maçã 2,9-3,3 
Beterraba (açúcar) 4,2-4,4 melancia 5,2-5,6 
Brócolis 6,5 melão 6,3-6,7 
Cebola (vermelha) 5,3-5,8 sidra de maçã 3,6-3,8 
Cenoura 4,9-5,2; 6,0 suco de maçã 3,3-4,1 
Couve-de-bruxelas 6,3 uvas 3,4-4,5 
Couve-flor 5,6 
Espinafre 5,5-6,0 
Fava (vagem e lima) 4,6-6,5 
Milho verde 7,3 
Moranga 5,0-5,4 
Nabo 5,2-5,5 
Pastinaca 5,3 
Pepino 3,8 
Repolho (verde) 5,4-6,0 
Ruibarbo 3,1-3,4 
Rutabaga 6,3 
Salsa 5,7-6,0 
Tomate (inteiro) 4,2-4,3 T
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Produto pH Produto pH 
Produtos lácteos Peixes e frutos do mar 
manteiga 6,1-6,4 atum 5,2-6,1 
soro de manteiga ou nata 4,5 camarão 6,8-7,0 
leite 6,3-6,5 caranguejo 7,0 
nata 6,5 moluscos 6,5 
Queijo (macio e 
cheddar) 
4,9; 5,9 ostra 4,8-6,3 
 peixe branco 5,5 
 peixes (maioria das 
espécies)* 
6,6-6,8 
 salmão 6,1-6,3 
Carnes de gado e frango 
carne moída 5,1-6,2 
presunto 5,9-6,1 
vitela 6,0 
frango 6,2-6,4 
Tabela 6. Valores aproximados de pH de produtos lácteos, carnes de gado, frango e 
frutos do mar. 
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Acidez (pH) 
• 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. 
 
 
 
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Potencial de oxi-redução (Eh) 
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Potencial de oxi-redução (Eh) 
 Processos de oxidação e redução estão relacionados com a troca 
de elétrons entre compostos químicos ou, a facilidade com que 
determinado substrato ganha ou perde elétrons; 
 
 Quando um elemento perde elétrons – oxidado (+), quando ganha – 
reduzido (-); 
 
 Transferência de elétrons é medida e essa diferença de potencial é 
o Eh (Volts - V ou miliVolts - mV); 
 
 Microrganismos aeróbios requerem valores de Eh positivos para a 
multiplicação (bolores, leveduras e bactérias causadoras da 
deterioração em alimentos e algumas patogênicas); 
 
 Microrganismos anaeróbios requerem baixos valores de Eh 
(algumas bactérias patogênicas e deteriorantes). 
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Potencial de oxi-redução (Eh) 
• A determinação do valor de Eh de um alimento é bastante 
difícil porque ocorre a interação da tensão do oxigênio 
com a presença de compostos químicos que agem sobre 
o valor de Eh. 
Alimentos Eh Microrganismos 
Vegetais +300 a +400mV 
Aeróbicos 
Músculo animal imediatamente 
após a morte 
+250mV 
Carne moída +200mV 
Queijos -20 a -200mV 
Anaeróbicos 
Carne em grandes pedaços -200mV 
Músculo animal 30 horas após a 
morte 
-250mV 
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Composição química 
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Composição química 
 Para que a multiplicação microbiana seja possível, os 
seguintes nutrientes devem estar disponíveis: 
 Água; 
 Fonte de energia (açúcares, álcoois, aminoácidos, lipídios); 
 Fonte de nitrogênio (aminoácidos, nucleotídeos, peptídeos); 
 Vitaminas (complexo B: biotina e ácido pantotênico); 
 Sais minerais (sódio, potássio, cálcio, magnésio, etc.); 
 
 Fungos possuem menores necessidades, seguido das 
leveduras, bactérias Gram-negativas e Gram-positivas. 
 
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Fatores antimicrobianos naturais 
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Fatores antimicrobianos naturais 
Presença natural de substâncias nos alimentos que 
retardam ou impedem a ação microbiana. 
 Alho – alicina 
 Cravo – eugenol 
 Canela – aldeído cinâmico e eugenol 
 Mostarda – isotiocianato de alilo 
 Sálvia – eugenol e timol 
 Orégano – carvacrol (isotimol) e timol 
 Ovo – lisozima, conalbumina 
 Leite – lactoferrina, conglutinina, sistema lactoperoxidase 
 Frutas e vegetais – ácido hidroxicinâmico 
 Frutas e sementes – tanino 
 Frutas – ácidos orgânicos e óleos essenciais 
 
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Fatores antimicrobianos naturais 
Estrutura Biológica 
A cobertura natural de alguns alimentos  barreira física 
contra a entrada dos microrganismos. 
• Casca de frutas 
• Casca de nozes 
• Casca de ovo 
• Película que envolve as sementes 
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Interações entre microrganismos 
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Interações entre microrganismos 
 Metabólitos de um microrganismo influencia a 
sobrevivência e a multiplicação de outros; 
 Ex. bactérias láticas, produtoras de ácido lático, podem alterar o 
pH do alimento, tornando-o ácido demais para o crescimento de 
outros microrganismos. 
 
 Os produtos de metabolismo de certas bactérias podem 
ser essenciais para a proliferação de outras. 
 Pseudomonas aeruginosa produz tiamina e triptofano, que são 
essenciais para o desenvolvimento de Staphylococcus aureus. 
 
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Interações entre microrganismos 
Estreptococos e lactobacilos produzem água 
oxigenada que inibe o crescimento de muitas 
bactérias. 
 
Exclusão competitiva – em determinadas 
situações, a adição de microrganismos 
inofensivos a um produto pode estimular o 
processo competitivo existente entre os 
componentes da microbiota presente, 
desfavorecendo os microrganismos patogênicos. 
 
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Interações entre microrganismos 
Alguns microrganismos são capazes de produzir 
determinadas substâncias com atividade bactericida – as 
bacteriocinas (E. coli, enterobactérias, bactérias gram-
positivas, patogênicas, bactériasláticas). 
- Colicina: E. coli 
- Pediocina: Pediococus 
- Sacacina: Lactobacillus sake 
- Nisina: Lactococcus lactis lactis 
 
Bacteriocinas e suas bactérias produtoras têm sido 
utilizados na indústria alimentícia como “conservantes 
naturais” e essa técnica tem um futuro promissor! 
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Acetobacter Haemophilus Pseudomonas 
Actinobacillus Haloferax Salmonella 
Bacillus Lactobacillus Serratia 
Brevibacterium Lactococcus Shigella 
Clostridium Leuconostoc Staphylococcus 
Corynebacterium Listeria Streptococcus 
Enterococcus Pediococcus Yersinia 
Erwinia Propionibacterium 
Gênero Bacteriocina produzida 
Pediococcus Pediocinas 
P. acidilactici Pediocina PA-1, AcH 
P. pentosaceus Pediocina A 
Lactococcus lactis spp lactis Nisina A, E 
Lactobacillus sake Sacacina A 
L. plantarum Plantaricina 
L. helveticus Helveticina J 
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Tabela 7. Alguns gêneros bacterianos produtores de bacteriocinas. 
Tabela 8. Algumas bacteriocinas úteis para a área de alimentos. 
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Fatores Extrínsecos 
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Temperatura 
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Temperatura 
 Fator ambiental mais importante que afeta a multiplicação 
de microrganismos; 
 
 Faixa de temp. grande: mínimo de -35ºC e máximo de 
90ºC. 
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 Bactérias: 
 Psicrotróficos - Ex: Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, 
Micrococcus. 
 Mesófilos - A maioria das espécies e maior parte dos patógenos 
 Termófilos - Ex: algumas espécies de Bacillus e Clostridium 
 
 Bolores 
 Faixa ampla de temperatura 
 Crescem em temperatura de refrigeração 
 
 Leveduras 
 Crescem na temperatura de psicrófilos e mesófilos 
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Temperatura 
Fonte: JAY (2005). 
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Umidade relativa do ambiente 
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Umidade relativa do ambiente (UR) 
 Correlação entre Aa e a umidade relativa de equilíbrio do 
ambiente; 
 
 Alimentos conservados em ambiente com UR superior a sua Aa 
tenderão a absorver umidade do ambiente, causando um 
aumento de sua Aa; 
 
 Alimentos perderão água se a umidade do ambiente for inferior a 
sua Aa, causando diminuição na sua Aa. 
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Composição gasosa do ambiente 
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Composição gasosa do ambiente 
 A composição gasosa do ambiente pode determinar os 
tipos de microrganismos que poderão predominar; 
 
 Presença de oxigênio favorecerá os microrganismos aeróbios e, 
sua a ausência, os microrganismos anaeróbios; 
 
 Os microrganismos facultativos proliferam na ausência ou 
presença de oxigênio 
 
• Embalagem a vácuo bastante empregada, em especial 
para carnes. 
 
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Composição gasosa do ambiente 
 Utilização de atmosferas modificadas – tendência do 
mercado; 
 
 Dióxido de carbono – ação antimicrobiana, dependente da 
temperatura, pH, Aa e das condições metabólicas dos microrganismos 
presentes; 
• Quanto mais baixa for a temperatura, mais intenso será o efeito. O 
armazenamento em temperatura inadequada pode cancelar ação biostática 
do CO2. 
• Concentração de CO2 
• Atmosferas contendo 10% de CO2 são utilizadas, há muito tempo, para prolongar o 
tempo de armazenamento de frutas, especialmente maçãs e peras. 
• O mecanismo deste processo não é bem conhecido, acredita-se que o CO2 aja por 
competição com o etileno, que é responsável pelo amadurecimento das frutas. 
 
 
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Composição gasosa do ambiente 
 Ozônio – poder antimicrobiano, mas devido ao seu poder 
oxidante, não deve ser utilizado em alimentos com altos teores de 
lipídios, pois causa aumento da rancidez. 
 
 Nitrogênio – inerte, com pouco ou nenhum efeito antimicrobiano, 
porém pode substituir o oxigênio. 
 
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Conceitos dos Obstáculos de LEISTNER 
• É o estudo das interações entre os vários fatores 
intrínsecos e extrínsecos que afetam a capacidade de 
sobrevivência e de multiplicação dos microrganismos nos 
alimentos. 
 
• O conhecimento desses fatores permitem: 
• prever o tempo de vida de prateleira, 
• a estabilidade microbiológica 
• a capacidade de crescimento/produção de toxinas por 
microrganismos patogênicos nos alimentos; 
 
• O conhecimento isolado de cada um dos fatores é pouco 
útil, devido aos efeitos interativos. 
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Conceitos dos Obstáculos de LEISTNER 
• O conceito dos obstáculos deu origem à tecnologia dos 
obstáculos (hurdle technology), que se baseia na 
utilização simultânea de mais de uma forma de controle 
microbiano nos alimentos, como salga, acidificação, 
processamento térmico, adição de conservadores 
químicos, etc.; 
 
• Objetivo: obtenção de produtos alimentícios estáveis, de 
longa vida de prateleira, e seguros à saúde dos 
consumidores. 
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Conceitos dos Obstáculos de LEISTNER 
Microbiologia de Alimentos Profª. Msc. Juliana Munduruca 
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