AULA - Métodos de Controle do crescimento microbiano

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Princípios Básicos de Conservação dos Alimentos e
Métodos de Controle do Desenvolvimento Microbiano nos Alimentos
Profª. Gardênia M. S. C. Mata
camposgard@gmail.com
2017
MCN127 – Microbiologia e Higiene dos Alimentos
Curso de Nutrição
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Objetivo da aula
Apresentar aos estudantes os princípios básicos de conservação dos alimentos com enfoque na ação de cada método de conservação sob os microrganismos.
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Conteúdo da aula
1- Introdução
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
2.1. Princípios baseados na prevenção e/ou minimização da contaminação
2.2. Princípios baseados na remoção de microrganismos
2.3. Princípios baseados na inibição do crescimento microbiano
2.4. Princípios baseados na inativação do crescimento microbiano
3- Conclusão
4- Referências Bibliográficas
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1. Introdução
Por que controlar o desenvolvimento microbiano nos alimentos?
 Eliminar riscos à saúde do consumidor;
 Previnir ou retardar o surgimento de alterações indesejáveis nos alimentos;
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1. Introdução
Considerações importantes:
Alimento contaminado: alimento em que há a presença de um determinado microrganismo (patogênico ou deteriorador). Não há necessariamente multiplicação microbiana e alterações sensoriais; 
Alimento deteriorado: alimento em que houve multiplicação microbiana que provocou alterações sensoriais perceptíveis;
Morte ou inativação microbiana: falha do microrganismo em reproduzir–se. Incapacidade de formar colônia em nenhum meio de cultura;
Inibição microbiana: incapacidade momentânea de multiplicação.
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Curva de multiplicação, inibição, morte microbiana
1. Introdução
Inibição
Morte
Multiplicação – inibição e morte
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Curva de morte (ou inativação) e inibição microbiana
morte
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1. Introdução
Principais fatores que afetam a atividade de um agente de controle microbiano
Tamanho da população;
Intensidade ou concentração do agente;
Tempo de exposição;
Tipo de microrganismo.
	
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Influência do tamanho inicial da população e do tempo de exposição sobre a efetividade de um agente de controle
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Influência da concentração de fenol e do tempo de exposição sobre o crescimento da Escherichia coli
Cortesia da Universidade de Cambridge
Fenol a 35 oC
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Cortesia da Universidade de Cambridge
Influência do aumento da temperatura e do tempo de exposição sobre o crescimento da Escherichia coli em fenol
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2. Princípios básicos de conservação de alimentos
2.1. Princípios baseados na prevenção e/ou minimização da contaminação;
2.2. Princípios baseados na remoção de microrganismos;
2.2. Princípios baseados na inibição do crescimento microbiano;
2.3. Princípios baseados na inativação do crescimento microbiano.
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2. Princípios básicos de conservação de alimentos
2.1. Princípios baseados na prevenção e/ou minimização da contaminação
Fontes de contaminação:
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2. Princípios básicos de conservação de alimentos
2.1. Princípios baseados na prevenção e/ou minimização da contaminação
Ex.: Adoção das Boas Práticas de Produção:
Matéria-prima e água;
Manipuladores;
Equipamentos e utensílios;
Ambiente de processamento.
 Legislações (aula específica sobre o assunto)
Objetivo: limitar o acesso dos microrganismos aos alimentos ou minimizar contaminação.
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2. Princípios básicos de conservação de alimentos
2.2. Princípios baseados na remoção de microrganismos
Ex.:
Lavagem;
Sedimentação ou centrifugação;
Filtração.
Objetivo: remover microrganismos dos alimentos por ação mecânica ou física.
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2. Princípios básicos de conservação de alimentos
2.2. Princípios baseados na remoção de microrganismos
Lavagem (Aula prática específica – Higiene de Vegetais):
Remoção de poeira, matéria orgânica;
Remoção de pesticidas;
Remoção de microrganismos (menor eficiência).
Efeitos inesperados:
Injúrias invisíveis ao olho nú provocadas na casca dos alimentos com a utilização de escovas pode acelerar deterioração;
Remoção da película protetora em ovos.
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2. Princípios básicos de conservação de alimentos
2.2. Princípios baseados na remoção de microrganismos
Sedimentação ou centrigugação
Tratamento da água;
Clarificação do leite  Bactocentrifugação (Remove 99% dos esporos).
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2. Princípios básicos de conservação de alimentos
2.2. Princípios baseados na remoção de microrganismos
Filtração
Utilização de filtros e membranas filtrantes estéreis (celulose, nitrocelulose, etc.) de 150 μM - 0,22 nm;
O líquido pode ser filtrado com aplicação de pressão positiva ou negativa; 
Remove totalmente microrganismos (99,5 a 99,99%);
Ex. suco de fruta, cerveja, refrigerante, água, vinho, leite…
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Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock
Filtro de profundidade
(Fibras de papel ou de borossilicato)
Filtros Microbiológicos
Membrana Filtrante
(Acetato de celulose, nitrocelulose ou polissulfona)
Filtro Nucleoporo
(Filmes de policarbonato)
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Micrografia Eletrônica de Varredura de Bactérias e Algas Aquáticas Retidas em um Filtro Nucleopore
Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock
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Fonte: Madigan et al., 2004, 2010. Microbiologia de Brock
Unidades de Membranas Filtrantes Descartáveis, Pré-Esterilizadas e Montadas
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Filtros HEPA Utilizados em Câmaras de Fluxo Laminar
Filtros HEPA (high efficiency particulate air): acetato de celulose dobrado ao redor de folhas de alumínio: retém 99% da matéria particulada
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Filtração do leite
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2.3. Princípios baseados na inibição do crescimento microbiano
Ex.:
Desidratação;
Baixas temperaturas: refrigeração e congelamento;
Aditivos;
Atmosfera modificada;
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2.3. Princípios baseados na inibição do crescimento microbiano
Desidratação: redução da umidade do alimento para alcançar valores abaixo de 25% de umidade (1 a 5% de umidade) e Aw < 0,6.
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Valores de Aw de alguns alimentos
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Desidratação
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Cronobacter sakazakii
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Desidratação
Alimentos de umidade intermediária (IMF): alimentos com Aw entre 0,6 - 0,85 e umidade entre 15 - 50%;
Como alcançar segurança? 
Associação de fatores como pH, atmosfera modificada, altas temperatura, baixas temperaturas, conservantes, microbiota competidora, etc…
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Desidratação:
-Natural
-Artificial
Ar quente (ex.: vegetais)
Spray-dying: produção de pó seco a partir de um líquido ou suspensão por secagem rápida com um gás quente.
Liofilização: é um processo de desidratação em que o produto é congelado sob vácuo e o gelo formado, sublimado.
Ação no microrganismo: Alimento desidratado   concentração de solutos  microrganismo perde água por osmose
Gram-negativos são menos resistentes do que Gram-positivos formadores de esporos
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2.3. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inibição do crescimento microbiano
Baixas temperaturas: quanto menor a temperatura menor a velocidade das reações bioquímicas ou atividade microbiana.
Temperaturas frias: 10 -15 oC 
Refrigeração: 7 oC 
Congelamento: -18 oC 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Refrigeração:
Resfriamento rápido  Choque frio
Ação no microrganismo: alteração da permeabilidade de membrana
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Refrigeração:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2.3. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inibição do crescimento microbiano
Congelamento:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Congelamento:
Ação no microrganismo:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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*Baixas temperaturas:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2.3. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inibição do crescimento microbiano
Aditivos: 
Qualquer ingrediente adicionado intencionalmente aos alimentos ao longo da cadeia produtiva, sem o propósito de nutrir, mas de modificar suas características físicas, químicas, biológicas ou sensoriais.
Características desejáveis → cor, textura, estabilidade, resistência a deterioração.
Alegação GRAS – Geralmente Reconhecidos como Seguros
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Portaria nº 540, de 27 de outubro de 1997 
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2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Aditivo  Conservador 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Portaria nº 540, de 27 de outubro de 1997 
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Aditivo  Conservador 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
PARABENS - CONSERVADORES INS 210
Creme vegetal - 0,10%
Doces em pasta - 0,10 %
Leite de coco esterilizado 0,01%
Leite de coco pasteurizado 0,30%
Margarina - 0,10%
Suco de frutas - 0,10%
Picles e azeitonas - 0,10 %
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Aditivo  Conservador 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Portaria nº 540, de 27 de outubro de 1997 
Cuidado!! Nitrosaminas podem ser formadas pela reação do nitrito com aminas secundárias  cancerígenas
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Aditivo  Conservador 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Portaria nº 540, de 27 de outubro de 1997 
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2.3. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inibição do crescimento microbiano
Atmosfera modificada:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Ação no microrganismo: a restrição de O2 inibe crescimento de bacterias aeróbias (bolores e leveduras, Pseudomonas, Acinetobacter, Moraxella)
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2.4. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inativação do crescimento microbiano
Altas temperaturas
Radiação
Alta pressão
Campo elétrico pulsado
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2.4. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inativação do crescimento microbiano
- Altas temperaturas
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Formas de transmissão de calor
	
- Altas temperaturas:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Calor úmido
- Ação no microrganismo: Provoca desnaturação de proteínas e enzimas, perda da permeabilidade de membrana.
a) Água fervente (100 oC)
	- células vegetativas x esporos
b) Sob pressão (autoclavagem, panela de pressão) → 121 oC a 1,1 kg cm-2
	- rápido aquecimento
	- grande penetração
c) Pasteurização
	
- Altas temperaturas:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Calor Seco
Ação no microrganismo: oxidação dos constituintes orgânicos. É menos eficiente que o calor úmido.
a) incineração: eliminação de contaminantes e cadáveres, esterilização da alça de platina
b) forno de Pasteur: 160 oC durante 2 h
- Altas temperaturas:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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 Altas temperaturas:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
- Pasteurização: temperaturas abaixo de 100 oC:
Lenta (LHT): Temperatura baixa - Tempo longo - 63 oC por 30 minutos
Rápida (HTST): Temperatura alta - Tempo curto - 72 oC por 15 segundos
- Esterilização: temperaturas acima de 100 oC
UHT: temperatura alta e tempo curto - 140 - 150 oC por poucos segundos
Eliminação dos prinicpais patógenos do leite - Coxiella burnetii e Mycobacterium tuberculosis
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Ação no microrganismo: desnaturação de proteínas, perda da permeabilidade de membrana.
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- Altas temperaturas:
DETERMINAÇÃO DO TRATAMENTO TÉRMICO
Alimentos de baixa acidez – pH > 4,5: o objetivo é a eliminação do Clostridium botulinum;
Alimentos de elevada acidez – pH < 4,5: o objetivo é a eliminação de deterioradores ( fungos, leveduras, bactérias láticas ou esporuladas que crescem em pH baixo).
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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- Altas temperaturas:
CURVA DE INATIVAÇÃO TÉRMICA
- Inativação de microrganismos pelo calor é Logarítmica:
Se, 90% da população é inativada no primeiro minuto de aquecimento, então:
90% dos sobreviventes são inativados no segundo minuto e,
90% dos sobreviventes serão inativados no terceiro minuto e etc…..
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
VALOR D - Tempo necessário para reduzir 90% da população de células
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- Altas temperaturas:
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Valor D para Clostridium sporogenes PA 3679 em função da temperatura
Valor D para bactérias esporuladas a 121 ºC
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- Altas temperaturas:
CURVA DE INATIVAÇÃO TÉRMICA
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
VALOR Z: Temperatura necessária para reduzir 90% o valor D (tempo de destruição térmica)
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Fonte: Madigan et al., 2004. Microbiologia de Brock
Relação entre temperatura e tempo de morte em mesófilos e termófilos
Mesófilos
Termófilos
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Altas temperaturas:
Fatores que afetam a resistência térmica dos microrganismos:
 -Aw: quanto menor a Aw, maior é a resistência dos microrganismos ao calor. 
-Gordura: aumentam a resistência térmica dos microrganismos, apresentando efeito protetor. 
-Sais: tem efeito variável e dependente do tipo de sal, alguns sais tem efeito protetor e outros tornam as células mais sensíveis ao calor. 
-Carboidratos: sua presença causa aumento da resistência dos microrganismos ao calor, parte atribuída à diminuição da aw. 
 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Altas temperaturas:
Fatores que afetam a resistência térmica dos microrganismos:
- Proteínas: durante o aquecimento as proteínas tem efeito protetor sobre os microrganismos, ou seja, alimentos com alto teor proteico aumentam a resistência térmica dos microrganismos.
- pH: cada microrganismo possui pH ótimo de crescimento, e são mais resistentes ao calor neste pH. Quanto mais se afasta deste valor de pH ótimo, tanto para cima quanto para baixo, aumenta a sensibilidade do microrganismo ao calor. - Idade dos microrganismos: há uma tendência das células bacterianas serem mais resistentes na fase estacionária de crescimento, e menos resistentes ao calor na fase logarítmica. 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Altas temperaturas:
Fatores que afetam a resistência térmica dos microrganismos:
 - Temperatura de crescimento: com o aumento da temperatura de incubação cresce a resistência dos microrganismos ao calor. - Compostos inibitórios: na presença de compostos inibidores de crescimento dos microrganismos, como antibióticos, ocorre uma redução na resistência ao calor. 
- Tempo e Temperatura: quanto maior a temperatura, maior o efeito da morte pelo calor, assim com o aumento da temperatura o tempo para se conseguir o mesmo efeito diminui. 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2.4. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inativação do crescimento microbiano
 Radiações
Ondas eletromagnéticas ou partículas que se propagam com uma determinada velocidade.
Radiação ionizante (arrancam elétrons de um átomo): Partícula α (alfa), Partícula β (beta), Raios γ (gama)
Radiação não-ionizante (não arrancam elétrons de um átomo, mas quebram moléculas e ligações químicas): Luz UV, micro-ondas 
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
 Radiações
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2.4. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inativação do crescimento microbiano
Irradiação de alimentos
É o processo de aplicação de energia radiante em um alimento;
-Também chamado de esterilização a frio, pois promove destruição dos microrganismos sem haver aumento considerável de temperatura.
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Símbolo para alimentos irradiados
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Irradiação dealimentos
Radiação ionizante (arrancam elétrons de um átomo): Partícula α (alfa), Partícula β (beta), Raios γ (gama) 
 
Ação nos microrganismos: mutações letais no DNA, formação de radicais livres, danos às proteínas e lipídios de membrana.
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Ionização das moléculas:
ex. H2O	→	OH* (hidroxil) + e- + H+
			Poderoso oxidante
Poder de penetração
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Irradiação de alimentos
- Unidade de radiação absorvida: Gray (Gy) que equivale a 1 joule/kg
1 kGy = 1000 Gy
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
TRATAMENTOS:
Radurização: até 2,5 kGy
Radicidação: 2,5 -10 kGy
Radioapertização: Maior que 10 kGy
Inativação dos microrganismos dependerá:
Tipos de microrganismos
Número de microrganismos
Fase de crescimento microbiano
Composição do alimento
Estado físico do alimento
Presença ou ausência de oxigênio
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Sensibilidade de microrganismos e de funções biológicas à radiação
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Micro-ondas (radiação não-ionizante)
Moléculas polares alinham-se com o campo eletromagnético +/- gerado pela transmissão das ondas eletromagnéticas;
 O campo com cargas +/- gira 915 milhões de vezes por segundo (fricção) ⇒ gera calor.
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Forno convencional:
• Calor conduzido de fora para dentro,
por uma fonte externa;
• Escurecimento e superfície crocante
pois é superaquecido.
Microondas:
• Calor gerado no interior do alimento
devido a fricção de moléculas polares, como a água;
• Escurecimento e aspecto crocante
pouco presente.
Ação no microrganismo: desnaturação de proteínas, perda da permeabilidade de membrana
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Luz ultravioleta – Luz UV (radiação não-ionizante)
136 a 400 nm (** 260 nm);
Baixo poder de penetração – usado na esterilização de superfícies, ar, superfícies de pães;
Ação nos microrganismos: excita elétrons produzindo vários tipos de reações em que o DNA é o mais afetado (formação de dímeros de pirimidina).
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
Capela de fluxo laminar com uma fonte de radiação ultravioleta (lâmpada de vapor de mercúrio) utilizada para a descontaminação das superfícies internas
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2.4. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inativação do crescimento microbiano
Alta pressão
Faixas de 200 a 600 Mpa → danos celulares irreversíveis;
O efeito letal do tratamento pode ser estabelecido e adequado para cada produto embalado ou não;
Tratamento não gera calor, mas pode ser usado combinado com temperaturas elevadas para inativação microbiana;
O efeito não é limitado à superfície;
Ação no microrganismo: a morfologia celular é alterada, ribossomos são destruídos, há liberação de ácidos nucléicos, como consequência de alterações na permeabilidade da membrana celular.
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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2.4. Princípios de conservação dos alimentos baseados na inativação do crescimento microbiano
Campo elétrico pulsado
Aplicação de pulsos elétricos curtos de alta voltagem em sequência em alimentos colocados entre dois eletrodos;
Alimentos líquidos, semi-sólidos e sólidos.
Ação no microrganismo: ruptura da membrana celular ou pela formação de poros (eletroporação).
2- Princípios básicos de conservação dos alimentos
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Diante dos diversos métodos de conservação dos alimentos é de suma importância saber o princípio e o efeito de cada um deles na viabilidade dos microrganismos.
Recapitulando… 
Princípios baseados na prevenção e/ou minimização da contaminação;
Princípios baseados na remoção de microrganismos;
Princípios baseados na inibição do crescimento microbiano;
Princípios baseados na inativação do crescimento microbiano.
3- Conclusão
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4- Referências Bibliográficas
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