Crescimento de microrganismos

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Crescimento de micro-organismos nos alimentos
Cibele Tosin Stroppa
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Objetivos
Identificar os fatores intrínsecos e extrínsecos que afetam o crescimento microbiano
Identificar os valores limite para aw, pH, temperatura, de crescimento de patógenos alimentares
Definir o princípio da teoria dos obstáculos
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FATORES QUE CONTROLAM O DESENVOLVIMENTO MICROBIANO NOS ALIMENTOS
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FORMAS DE EVITAR A CONTAMINAÇÃO
Prevenir o contato dos micro-organismos com o alimento
 Eliminar os micro-organismos do alimento
 Evitar o seu crescimento dos micro-organismos
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Por que alguns micro-organismos 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
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Fatores intrínsecos
pH
Atividade de água (aw)
Potencial de óxido‑redução (eh)
Composição química
Fatores antimicrobianos
Estrutura biológica
Microbiota competitiva
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Fatores extrínsecos
Temperatura
Umidade
Composição química da atmosfera
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Fatores intrínsecos
Características do próprio alimento
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pH
pH: medida da concentração de H+
os micro-organismos apresentam valores de pH, mínimo, ótimo e máximo para multiplicação.
a maioria dos micro-organismos cresce melhor em pH próximo da neutralidade (6,5 a 7,5) 
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pH de crescimento de alguns micro-organismos
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Tolerância a valores baixos de pH 
micro-organismos patogênicos apresentam uma faixa de pH mais estreita
Tipo de ácido  influencia a tolerância ao pH
Bolores > leveduras > bactérias
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pH aproximado de bactérias patogênicas
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Efeito dos ácidos nos micro-organismos
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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pH dos alimentos
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pH dos alimentos
pH > 4,6 
pH entre 4,0 e 4,6 
pH < 4,0 
Alimentos mais sujeitos ao crescimento microbiano 
Predominância do crescimento de bolores e leveduras 
 poucas bactérias (láticas e espécies de Bacillus) 
Crescimento de bolores e leveduras 
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pH dos alimentos
O tipo de ácido e seu estado (dissociado ou não) interferem na ação preservativa:
Ácidos orgânicos são efetivos não dissociados (> % em pH baixos)
Fatores que interferem na atividade inibitória do pH:
aw
Sal
Temperatura
Eh
Preservativos
Capacidade tamponante do alimento (carnes > vegetais)
Ácidos tituláveis: melhor indicador de estabilidade microbiológica que pH (concentração total de ácidos)
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pH dos alimentos
pH limite: < 4,6 inibe ou retarda o crescimento da maioria dos patógenos
pH limite:  4,2 para inibir Salmonella e outros patógenos vegetativos
Mudanças de pH podem viabilizar o crescimento de patógenos em alimentos:
Microambientes e áreas de interface podem ter pH diferente do alimento total.
Alimento contaminado por bolores
 pH
C. botulinum
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Atividade de água (Aw)
Os micro-organismos necessitam de água livre para suas atividades metabólicas.
 			
 
	P = pressão parcial de vapor da água no alimento
	P0 = pressão parcial de vapor da água pura
Aw varia de 0 a 1 (alimento completamente desidratado – água pura)
A diminuição da atividade é devido à imobilização da água pelos constituintes químicos presentes no material, que diminuem sua capacidade de vaporizar-se.
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Redução da atividade de água no alimento
Adição de soluto 	 
Sais de Na e Ca
Açucares
Glicerol 
Emulsificantes, etc
Remoção ou indisponibilização da água 
Desidratação
Congelamento
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Produtos frescos
aw 0,97 a 1,00
 aw 
Maioria dos micro-organismos
aw ótima 0,97 a 0,99
Adição de solutos
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Os micro-organismos apresentam: Aw mínima, ótima e máxima
Valores mínimos de Aw para o crescimento de micro-organismos
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Bactérias 
Gram negativas
Bactérias 
Gram positivas
Leveduras
Bolores
Sensibilidade geral a baixas aw
>
>
>
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Bactérias patogênicas e aw
ICMSF 1996.
**proteolítico
*não proteolítico
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Atividade de água (Aw)
A maioria das bactérias patogênicas é controlada por aw abaixo de 0,86
Somente S. aureus produz toxinas abaixo de 0,90
O efeito da redução da aw varia com o soluto ou emulsificante. Ex:
	Limites de crescimento de Clostridium botulinum tipo A:
aw 0,94 para NaCl
aw 0,92 para glicerol
Microambientes ou áreas de interface de alimentos
aw pode ser maior que a do alimento total
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Potencial de óxido-redução (Eh)
	Facilidade com que determinado substrato ganha ou perde elétrons
Substrato perde elétrons	 Substrato ganha elétrons
  Oxidado			 Reduzido
	Transferência de elétrons de um composto para outro 	gera diferença de potencial (mV)
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Potencial de óxido-redução (Eh)
micro-organismos aeróbios reduzem o Eh do alimento durante o crescimento 
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Potencial de óxido-redução (Eh)
Sinergismo:
Sal (aumenta a sensibilidade dos anaeróbios), etc
Alteram no Eh do alimento:
pH
Crescimento microbiano
Embalagem
Ingredientes e composição (compostos redutores e oxidantes)
Ambiente de estocagem (pressão parcial de O2)
 Microambientes e áreas de interface (diferenças de Eh)
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Composição Química 
Nutrientes necessários para a multiplicação microbiana:
água
fonte de energia (carbono)
fonte de nitrogênio
vitaminas
sais minerais
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Carne	muita vitamina B
Frutas pouca vitamina B
Bactérias Gram positivas não sintetizam 
Bactérias Gram negativas e fungos sintetizam 
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Composição Química 
micro-organismos mais exigentes:
Bactérias Gram positivas 
Bactérias Gram negativas
Leveduras
Bolores
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Composição Química 
Alguns patógenos tem exigências especiais:
Salmonella Enteritidis  Fe (limitado na clara)
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Constituintes antimicrobianos
Substâncias que apresentam a capacidade de retardar ou impedir a multiplicação microbiana.
Antimicrobianos naturais
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Constituintes antimicrobianos
Produzidos por micro-organismos
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Constituintes antimicrobianos
Adicionados ao alimento (conservantes)
Ácidos orgânicos (acético, sórbico, propiônico, benzóico)
Nitratos e nitritos
Dióxido de enxofre e sulfitos
BHA e BHT
Competição entre micro-organismos
A adição de micro-organismos inofensivos
Estímulo do processo competitivo
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Constituintes antimicrobianos
Sinergismo
pH
aw
Outros preservativos
Constituintes do alimento
Temperatura de processamento
Atmosfera de estocagem
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Estruturas Biológicas
Barreiras físicas:
Casca de frutas
Casca de nozes
Casca de ovo
Película que envolve sementes
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Estruturas Biológicas
Danos físicos que destroem barreiras protetoras:
Colheita, transporte ou estocagem
Técnicas de preparo (fatiamento, moagem, partição)
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Estruturas Biológicas
Internalização de bactérias: aumento da pressão externa pela imersão do alimento intacto em água fria.
Ovos devem ser lavados em água 12oC mais quente
FDA: ovos cujo processamento não destruíra salmonelas devem ser mantidos secos a 7,2oC 
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Microbiota competitiva
Fatores que influenciam a predominância em alimentos:
Taxa de crescimento
Interações entre micro-organismos
Benéficas (degradação de macromoléculas em monômeros de simples utilização, alterações na composição química ou gasosa)
Deletérias (competição por nutrientes, competição por locais de adesão, produção de inibidores, consumo de O2, etc)
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Fatores extrínsecos
Características do ambiente
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Temperatura
Todo micro-organismo tem temperaturas máxima, ótima e mínima de crescimento
Temperatura afeta:
Tempo de geração (< em temperaturas máximas que mínimas)
Duração da fase lag
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Temperatura
Interrupção do crescimento
Temperaturas baixas:
Queda da velocidade das reações enzimática
Redução da fluidez da membrana citoplasmática
Temperaturas altas:
Desnaturação e inativação de enzimas
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Temperatura
Muito poucos em alimentos
Bactérias, leveduras e fungos deterioradores e alguns patógenos
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Temperatura
Psicrotróficos
	Exemplos: Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus.
 Mesófilos
	A maioria das espécies; maior parte dos patógenos
 Termófilos
	Exemplo: Algumas espécies de Bacillus e Clostridium
 Bolores
	Faixa ampla de temperatura; crescem em temperatura de refrigeração
Leveduras
	Crescem na temperatura de psicrotróficos e mesófilos
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Temperatura: interações com outros fatores 
PRINCIPAL INTERAÇÃO 
TEMPO
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Umidade relativa do ambiente
	UReq = umidade relativa de equilíbrio
 
UR > Aw		absorção de água ou condensação 				superficial (microambiente)
 UR< Aw		perda de água
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Composição gasosa
Efeito tóxico:
O2
O3
CO2
Radicais oxidantes
Altamente tóxicos para anaeróbios
Inibitório para aeróbios
Tóxico para aeróbios obrigatórios
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Composição gasosa
Mudanças na composição gasosa:
Presença de O2		aeróbios, facultativos
 Ausência de O2		anaeróbios, facultativos
 Atmosfera modificada
Substituição parcial ou total do O2 por outros gases
CO2 (sinergismo inibitório com temperaturas baixas)
Nitrogênio
Outras tecnologias: atmosfera controlada, adição direta de CO2, estocagem hipobárica 
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Composição gasosa
Interações com outros fatores:
Temperatura (taxa de crescimento e solubilidade dos gases)
% de espaço para gases
Microbiota inicial (número e tipo)
Propriedades de barreira da embalagem
Composição do alimento (aw, sal, pH, lipídeos)
Perigo
redução da microbiota competidora 
 Patógenos facultativos e anaeróbios
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Teoria dos Obstáculos ou Barreiras (Leistner, 198-)
A combinação de diferentes técnicas de preservação permite a aplicação de limites menos rigorosos para cada fator individual e, conseqüentemente, produtos finais com características sensoriais mais próximas do produto fresco e ou estocagem em temperatura ambiente.
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Objetivos
Identificar os fatores intrínsecos e extrínsecos que afetam o crescimento microbiano
Identificar os valores limite para aw, pH, temperatura, de crescimento de patógenos alimentares
Definir o princípio da teoria dos obstáculos