cn higalim 3 crescimento 2010

Universidade dos Açores

Departamento de Ciências Agrárias

Curso de Ciências da Nutrição

HIGIENE ALIMENTAR

3. Crescimento e sobrevivência dos microrganismos nos alimentos

Objectivos

• Descrever matematicamente o crescimento

microbiano nos alimentos

• Conhecer os factores que afectam o

crescimento microbiano

• Compreender os efeitos dos diferentes

factores sobre os aspectos quantitativos e

qualitativos das populações microbianas dos

alimentos

Objectivos

• Compreender o impacto da ecologia

microbiana sobre a segurança e a vida de

prateleira dos alimentos

• Compreender as bases teóricas empregues

para prever a segurança e a vida de

prateleira dos alimentos

• Conhecer os principais tipos de modelos

empregues em previsões microbiológicas

Conteúdos

3.1. Crescimento microbiano e sua expressão matemática

3.2. Factores que afectam o crescimento microbiano

3.3. Previsão do crescimento microbiano. Modelos e sua

utilização

3.1. Crescimento microbiano e

sua expressão matemática

Introdução: – Definição

– Características

– Sistemas abertos, sistemas fechados

• Expressão matemática do crescimento em sistemas fechados – a curva do crescimento microbiano e suas fases

• Expressão matemática do crescimento exponencial

• Efeito da taxa de crescimento sobre o nível populacional atingido

Crescimento microbiano

= aumento organizado de todos os

constituintes celulares

• Crescimento microbiano:

– Celular – aumento das dimensões das

células

– Populacional – aumento do número de

indivíduos duma população

Ambientes para o


• Meios líquidos – Caldos

– Urina

– Bebidas

– Lamas activadas

• Meios sólidos – Agares

– Carne

– Solos

– Tecidos animais e vegetais

• Meios semi-sólidos

– Meios laboratoriais

– Certos alimentos

• Biofilmes

Biofilme de E. coli O157:H7

Ambientes para o


• Sistemas fechados: – Como nas culturas por lotes

– Ausência de inputs e de outputs de materiais a partir do momento da inoculação

– Crescimento descontínuo

– Tanto o ambiente como o microrganismo estão permanentemente em mudança

– Apenas se encontram estados transitórios (instáveis)

– Crescimento nos alimentos acabados, matérias-primas

Ambientes para o


• Sistemas

abertos:

– Como nas

culturas

contínuas

– Ex.:

quimióstato

– Certas linhas de

processamento

Ambientes para o


• Sistemas abertos:

– condições de estado estável

– os valores médios de todas as

propriedades dos microrganismos e da

cultura mantêm-se constantes

– Os inputs de subtratos para o

crescimento e os outputs de células e

meio usado encontram-se equilibrados

Expressão matemática do crescimento

microbiano em sistema fechado

• Processo autocatalítico:

– só se verifica se houver pelo menos uma

célula viável

– a taxa de crescimento aumenta com o

aumento da biomassa viável presente

Expressão matemática

do crescimento microbiano em sistema fechado

dx/dt = μ (1)

em que:

• dx/dt = variação da biomassa (nº. de células

ou massa celular

• x = número de microrganismos ou massa

celular

• t = tempo

• μ = taxa específica de crescimento

(constante)



• Padrão exponencial de crescimento

• Verifica-se nas bactérias e também nos

fungos:

– Aumento da extensão e grau de

ramificação das hifas

– Melhor medir o seu crescimento por

determinação da biomassa



• Integrando a equação (1):

x = x0eμt (2)

• Tomando os logaritmos naturais e rearranjando:

ln x/x0 = μt (3)

em que x0 é a biomassa presente quando t = 0

Tempo de geração

duma população microbiana, τ

• Pode ser obtido substituindo x por 2x0

na equação 3:

τ = ln 2/μ = 0,693/ μ (4)

• Ou:

x = x02tτ (5)

2 3

Tempo de geração

duma população microbiana, τ

Curva de crescimento

O crescimento exponencial só se verifica durante algum tempo

Fases da curva de

crescimento

• Fase de latência

• Fase exponencial ou logarítmica

• Fase estacionária

• Fase de morte

Fase de latência

• não se distingue crescimento

• adaptação do inóculo ao novo

ambiente

– Síntese das enzimas necessárias

– Reparação de eventuais lesões

resultantes de danos anteriores duração

variável (pode mesmo ser inexistente

• = 0

Fase exponencial

• aumento do número de células

• declive da recta que representa esta

fase = taxa específica de crescimento

(μ)

• μ = aumento do número de células ou

da massa celular por unidade de tempo

• μ é constante

• μ varia consoante:

– o microrganismo

– os factores ambientais (temperatura, pH,

etc.)

Fase exponencial

• Todas as células estão viáveis e

mantêm o seu tamanho constante:

– a massa celular e o número de células

aumentam proporcionalmente.

• as alterações do meio fazem com que

esta fase termine:

• nutrientes chave vão escasseando

• metabolitos inibidores vão-se

acumulando

Fase estacionária

• A taxa de crescimento é nula

• Não se verifica um aumento do número

de células

• O metabolismo celular continua a

ocorrer

Fase de morte ou declínio

• O número de células viáveis sofre uma

diminuição progressiva.

• A cinética da morte microbiana é

exponencial

• Taxa de morte << taxa específica de

crescimento

• A morte celular pode ou não ser

acompanhada de lise

• Se for diminuição do grau de turvação do

meio de cultura

Equação (1) não

representa estas 4 fases:

• Necessário modificá-la:

– fazer com que a taxa de crescimento diminua à medida que a densidade populacional aumenta

Equação (1) não

representa estas 4 fases:

• Equação logística:

dx/dt = (μm - μmx/K)x (6) em que

K = capacidade do ambiente para suportar o crescimento microbiano = população da fase estacionária

μm é a taxa específica máxima de crescimento

• À medida que x aumenta e se aproxima de K, a taxa de crescimento vai diminuindo para zero

• Integrando a equação (6):

• x = Kc/(c + e-μmt) (7)

em que c = x0/(K – x0).

Estudo matemático

da fase de crescimento exponencial

Tempo (horas)

Número de células

0 1

0,5 2

1 4

1,5 8

2,2,5 16

3 32

3,5 64

4 128

4,5 256

5 512

5,5 1024

6 2048

... 4096

10 ...

1048576

Estudo matemático

da fase de crescimento

exponencial

Número

de

células

Tempo

Log

númer

o de

células

Tempo

Estudo matemático

da fase de crescimento

exponencial Sendo

x0 = população inicial

x = população final (decorrido o tempo t)

n = número de gerações que ocorreram

Então, decorrido o tempo t, a população final é

x = x0 2n

Estudo matemático


Tomando log10 de ambos os lados

(+ fácil de trabalhar):

log x = log x0 + n log2 (8)

Ou:

log x = log x0 + (log 2) t/ (9)

porque n = t/td (ou seja, número de gerações = tempo total decorrido / tempo de geração)

sendo = tempo médio de geração

Estudo matemático


• Em alternativa:

dx / dt = mx (10)

em que m = taxa máxima específica de crescimento (h-1)

• Integrando e tomando os logaritmos:

log x = log x0 + mt (11)

• (11) representa uma linha recta (y = ax + b)

• é equivalente à equação (8) µm = (log 2)/

Representação gráfica de

log x = log x0 +

mt

Declive: µm = (0,301)/

Intersecção:

x0

Log

no.

cél.

Tempo

Efeito da taxa de crescimento

sobre o nível populacional atingido

Diferentes

microrganismos

O mesmo

microrganismo ou

diferentes

microrganismos

Taxas de

crescimento

idênticas

Taxas de

crescimento

distintas

Massa

celular

ou log nº.

de células

Tempo

Importância do crescimento exponencial

para o processamento alimentar

Uma só bactéria com =20 min

(μ = 2,1 h-1) :

• Em condições laboratoriais, teria produzido, ao

fim de 48 h, x > 1043 (massa 4000 superior à

da Terra ...)

• Num alimento ou em porções de alimento que

tenham ficado retidas num equipamento

x> 107 células após as 8 h dum dia de trabalho

3.2. Factores que afectam

o crescimento microbiano

3.2.1. Factores intrínsecos

Conteúdos

3.2.1. Factores intrínsecos: • Introdução

• Concentração de nutrientes

• pH

• Potencial redox, Eh

• Barreiras e constituintes antimicrobianos

• Actividade da água, aw

3.2. Factores que afectam o crescimento e sobrevivência

dos microrganismos nos alimentos

• Factores intrínsecos

– limitações do substrato (o alimento)

• Factores extrínsecos

– condições do ambiente de armazenagem

• Factores implícitos

– propriedades dos microrganismos e

interações entre microrganismos

• Factores do processamento

– p. vezes incluídos nos intrínsecos

Factores intrínsecos –

concentração de nutrientes

• Taxa específica de crescimento

influenciada pela concentração de

nutrientes

• Substrato limitante = meio que

contém um nutriente em [ ] limitante



µ

S

µ m/2

Ks

µ m

Ks é a constante de saturação do substrato

(igual a S quando = µm/2).

S = concentração do substrato limitante

Para baixos valores de S, µ depende de S



• Quando a concentração de S é baixa, µ depende da concentração do substrato limitante

• Relação descrita pela Equação de Monod:

µ = µmax S/(Ks + S) (12)

• Ou

dx/dt = µmax x S/(Ks + S)

uma vez que dx/dt = µx



• N. B.:

– a Equação de Monod = Equação de

Michaelis-Menten da cinética enzimática

– Reflecte a dependência do crescimento

microbiano de reacções enzimáticas que

limitam a sua taxa

Concentração de nutrientes

– equação de Monod



• Equação de Michaelis-Menten:

v0 = S/(KM+S)

em que:

• v0 é a velocidade inicial da reacção

• S é a concentração do substrato

• KM é a constante de Michaelis

(concentração de substrato para a qual a

velocidade da reacção corresponde a

metade da velocidade máxima)

Factores intrínsecos – pH e poder

tampão

• Acidez actua sobre as macromoléculas

• Assim, influencia também o


pH e poder tampão – efeito sobre

a taxa de crescimento

Factores intrínsecos – pH e poder tampão

• curva em forma de sino,

aproximadamente simétrica

• abrange 2 – 5 unidades de pH

• valores máximos da taxa de

crescimento num intervalo que abrange

1 – 2 unidades

pH e poder tampão – efeito sobre a taxa de

crescimento dos principais grupos

microbianos

Factores intrínsecos – pH e poder

tampão

• Dum modo geral:

• bactérias crescem mais rapidamente entre pH 6,0 e 8,

• leveduras entre 4,5 – 6,0

• fungos filamentosos entre 3,5 e 4,0

• Excepções:

• bactérias que produzem ácidos em resultado do seu metabolismo energético

• Ex.: lactobacilos e bactérias do ácido acético têm óptimos de crescimento entre 5,0 e 6,0

pH e poder tampão – influência sobre a

forma geral da curva de crescimento

pH e poder tampão – influência sobre a

forma geral da curva de crescimento

• A taxa de crescimento diminui

• O número máximo de células

produzidas decresce

• A duração da fase de latência aumenta

• A duração da fase estacionária

decresce

• Aumenta a taxa de morte

pH e poder tampão – efeito de

valores abaixo do mínimo

pH interno

• próximo dos 7,0

• Excepção: leveduras (5,8)

• Metabolismo funciona melhor a

estes valores

• Mecanismos de homeostasia em

relação ao pH: – Impermeabilidade da membrana a OH- e H+

– Mecanismos para bombear protões para o

exterior

Efeito de valores de pH fora do

óptimo

• os iões H+ e OH- afectam o pH das camadas

externas da célula, mas não o seu pH interno

• poderá afectar

– Os sistemas enzimáticos (permeases)

necessárias para a absorção de nutrientes

– A produção e actividade de enzimas

extracelulares

– O mecanismo de produção de ATP pelas

bactérias, que tem a sua sede na membrana

celular

Efeito de valores de pH

fora do óptimo

Efeito de valores extremos de pH

• as membranas celulares sofrem danos

• Os iões H+ e OH- podem então

penetrar na célula

– desnaturando enzimas e moléculas de

ácidos nucleicos

– desencadeando a morte celular

Acção antimicrobiana

dos ácidos orgânicos

• Utilização de ácidos minerais, fortes,

nos alimentos é rara

• Ácido fosfórico ou clorídrico em

bebidas não alcoólicas; ex.: ácido

fosfórico em colas

• não se dissociam completamente em protões

e bases conjugadas quando em solução,

mas estabelece-se um equilíbrio:

HA ←→ H+ + A- (14)

• A constante de equilíbrio para este processo,

Ka, é dada por:

Acção antimicrobiana dos ácidos

orgânicos

HA

AHKa

Acção antimicrobiana dos ácidos

orgânicos

• Esta expressão pode ser rearranjada:

• Tomando os logaritmos de base 10

(equação de Henderson-Hasselbach):

HA

A

KH

11

HA

ApKpH a

log

Equação de Henderson-Hasselbach

• equação de Henderson-Hasselbach descreve a relação entre o pH duma solução, a força do ácido presente e o seu grau de dissociação

• Quando o pH = pKa, metade das moléculas do ácido presentes estarão sob a forma não-dissociada

• Aumentando o pH, o grau de dissociação do ácido também aumenta – quando pH = pKa + 1 haverá dez vezes mais moléculas

dissociadas do que não dissociadas

– quando se decresce o pH para valores inferiores ao pKa, a proporção de ácido não dissociado aumenta

pKa dalguns ácidos de utilização

comum na indústria alimentar

Ácido pKa

Acético (etanóico) 4,75

Propiónico 4,87

Láctico 3,86

Sórbico 4,75

Cítrico 3,14 – 4,77 – 6,39

Benzóico 4,19

Parabenos 8,5

Fosfórico 2,12 – 7,12 – 12,67

Carbónico 6,37 – 10, 25

Nitroso 3,37

Sulfuroso 1,81 – 6,91

Efeito dos ácidos orgânicos

• Ordem de actividade antimicrobiana

dos ácidos orgânicos:

– Propiónico > acético > láctico > cítrico >

fosfórico > ácido clorídrico

– O efeito antimicrobiano dos ácidos

orgânicos é dependente da temperatura

– A intensidade do efeito antimicrobiano

diminui à medida que a temperatura baixa

Efeito dos ácidos orgânicos

Valores de pH

Maioria dos frutos

p. ex.:Maçãs

Frutos silvestres

Citrinos

Pêssegos

Ameixas

Pickles

Molhos

Iogurtes

Vinagre

Muito ácido

Muito alcalino

Alimentos de

elevada acidez

Alimentos de

baixa acidez

pH 4,5

fronteira entre muito

ácidos e pouco ácidos

Bananas

Tâmaras

Melões

Papaias

Ananás

Tomate

Maioria dos vegetais

p. ex.:Feijão

Beterraba

Cenoura

Milho

Pepino

Cebola

Pimento

Batata

Carnes e aves

Leite

Maioria dos queijos

pH e poder tampão

• A acidez dum produto influencia:

• a sua ecologia microbiana

• a velocidade e tipo de deterioração a

que este se encontra sujeito

Exemplo 1:

• Vegetais

– pH

moderadamente

ácido

– Deterioração por

bactérias

– Erwinia

carotovora e

outras bactérias

que causam

podridões moles

– pseudomonas

• Frutos

– pH inferior

– crescimento

bacteriano inibido

– deterioração deve-

se principalmente a

bolores e leveduras

Exemplo 2:

• Peixe

– pH post-rigor 6,2 –

6,5

– Deterioração mais

rápida

– Microrganismos

sensíveis ao pH

(gén. Shewanella)

• Carne

– pH post-rigor 5,6

– Vida de prateleira

mais prolongada

– Não se encontra

Shewanella

Alterações do pH dos alimentos

devido ao crescimento microbiano

• Leite – acidificação por crescimento de

lactobacilos e lactococos

Alterações do pH dos alimentos

devido ao crescimento microbiano

• Carne – alcalinização por

pseudomonas

Ácidos presentes nos alimentos

• Produzidos in situ por microrganismos,

a partir dos açúcares

• Adicionados

– Normalmente ácidos orgânicos

– Raramente inorgânicos (fosfórico,

clorídrico)

Finalidades da adição de

ácidos aos alimentos

• Conservação – inibição de

microrganismos que causam

deterioração

• Segurança – inibição de patogénicos

Inibição de patogénicos por ácidos

Microrganismo Mínimo Óptimo Máximo

Staphylococcus aureus 4,0 6,0 – 7,0 9,8

Clostridium perfringens 5,5 7,0 8,0

Listeria monocytogenes 4,1 6,0 – 8,0 9,6

Salmonella spp. 4,05 7,0 9,0

Vibrio parahaemolyticus 4,8 7,0 11,0

Bacillus cereus 4,9 7,0 9,3

Campylobacter 4,9 7,0 9,0

Yersinia 4,6 7,0 – 8,0 9,0

Clostridium botulinum 4,2 7,0 9,0


• Alimentos com pH < 4,2 consideram-

se, normalmente, como seguros em

relação ao crescimento de bactérias

patogénicas

• “fase de latência” após a adição de

ácido – tem que ser levada em conta


• maionese e outros molhos

para saladas

• ovos crus como

ingrediente

• perigo potencial de

transmissão de Salmonella

• devem ser armazenados

por 72 h antes de serem

consumidos, para permitir

a morte microbiana

pH dos alimentos enlatados

• pH 4,5 (4,6 - normas americanas): valor-

fronteira entre alimentos de elevada e de

baixa acidez

• Alimentos de baixa acidez – “cozedura

botulínica”

• Alimentos de acidez elevada – não

necessitam dum tratamento térmico tão

severo

• O Clostridium botulinum não consegue

crescer nem produzir toxina em alimentos

enlatados com pH 4,5

Potencial redox

• Equação generalizada de oxidação-redução:

Oxidante + H+ ne Redutor

n = número de electrões transferidos

• Nas células vivas, sequências ordenadas de

reacções de transferência de protões e de

electrões são a base de:

– cadeias de transporte de electrões

– produção de energia por fosforilação oxidativa

Potencial redox, Eh

• Tendência para doar ou aceitar

electrões

• Ou tendência para reduzir ou oxidar

• Mede-se por potenciometria

• Valor negativo ambiente redutor

• Valor positivo ambiente oxidante

Factores que influenciam o

potencial redox dos alimentos

• Pares redox presentes

• Razão entre redutor e oxidante

• pH

• Capacidade de poising

• Disponibilidade de oxigénio (estado

físico, embalagem)

• Actividade microbiana

Potencial redox padrão, E0’

• Expressão da tendência dum átomo ou molécula para aceitar ou doar electrões

• E0’elevado, positivo → a espécie oxidada do par redox é um agente oxidante forte e a forma reduzida é um agente redutor fraco

• E0’tem valor absoluto elevado, negativo → a espécie oxidada do par redox é um agente oxidante fraco e a forma reduzida é um agente redutor forte

Relação entre Eh e E

0’

• Para além do tipo de substância presente, o

Eh é também influenciado pelas proporções

relativas das espécies oxidadas e reduzidas

presentes

• Quando se está na presença dum só par

redox, esta relação pode ser traduzida pela

equação de Nernst:


0’

Par redox E0’ (mV)

½ O2/H2O +820

Fe3+/Fe2+ +760

Citocromo C ox/red +250

Ácido desidro-ascórbico/ác. ascórbico +80

Azul de metileno oxidado/reduzido +11

Piruvato/lactato -190

Glutationo oxidado/reduzido -230

NAD+/NADH -320


0’

• Quando se está na presença dum só par redox, esta relação pode ser traduzida pela equação de Nernst:

• em que

Eh e E0’ são ambos medidos a pH 7

R é a constante dos gases perfeitos

T é a temperatura absoluta

n é o número de electrões transferidos durante o processo

F é a constante de Faraday

redutor

HOxidante

nF

RTEEh

ln'0

Potencial redox dos alimentos

• Se houver uma preponderância do do

oxidante em relação ao redutor

correspondente, vai haver um

tendência para o aumento do potencial

redox e o meio tenderá a apresentar

natureza oxidante


• A maioria dos pares redox presentes

nos alimentos tenderiam, por si só, a

conduzir ao estabelecimento de

condições redutoras:

– glutationo/cisteína nas carnes

– em menor grau, ácido ascórbico e açúcares

redutores nos produtos de origem vegetal

• Excepção: oxigénio


Produto Eh (mV) pH

Carne crua (post-rigor) – 200 5,7

Carne crua moída + 225 5,9

Salsichas cozidas e

outras carnes

enlatadas

– 20 a – 150 Cerca de 6,5

Trigo (grãos inteiros) – 320 a – 360 6,0

Cevada (grãos moídos) + 225 7,0

Tubérculos de batata Cerca de – 150 Cerca de 6,0

Espinafre + 74 6,2

Pera + 436 4,2

Uva + 409 3,9

Limão + 383 2,2

Potencial redox dos alimentos:

relação entre pH e Eh

• a concentração do hidrogenião afecta Eh

• por cada decréscimo de uma unidade no

pH, o Eh aumenta 58 mV

• Os elevados valores positivos do Eh nos

sumos de fruta reflectem em grande parte

o seu baixo pH

redutor

HOxidante

nF

RTEEh

ln'0

“Poising”

• Resistência oferecida pelos alimentos às alterações do Eh

• Análoga ao poder tampão em relação ao pH

• Tal como o poder tampão – é um efeito de “capacidade”

• depende de e aumenta com a concentração do par redox

– o poising é mais acentuado quando os dois componentes do par redox se encontram presentes em iguais

concentrações

Efeito do oxigénio

• mais importante dos pares redox dos

sistemas alimentares

• concentração no ar de cerca de 21%

• elevado valor de E0’– poderoso agente

oxidante

• Se houver ar em quantidade suficiente num

alimento, este terá um elevado potencial

redox e a maioria dos outros pares redox

presentes, se deixarmos que atinjam o

equilíbrio, irão encontrar-se no estado

oxidado

Efeito do oxigénio

• Se houver ar em quantidade suficiente num alimento → elevado potencial redox → a maioria dos outros pares redox presentes estarão no estado oxidado

• potencial redox (factor intrínseco) ↔ atmosfera de armazenagem (factor extrínseco)

• Aumento do acesso do ar ao alimento aumenta o seu Eh – ao picar, moer ou cortar

• Exclusão de ar conduz a um decréscimo do Eh – embalagem em atmosfera modificada ou enlatados

Produto Eh (mV) pH

Carne crua (post-rigor) – 200 5,7

Carne crua moída + 225 5,9

Salsichas cozidas e outras

carnes enlatadas

– 20 a – 150 Aprox. 6,5

Trigo (grãos inteiros) – 320 a – 360 6,0

Cevada (grãos moídos) + 225 7,0

Tubérculos de batata Aprox. – 150 Aprox. 6,0

Espinafre + 74 6,2

Pera + 436 4,2

Uva + 409 3,9

Limão + 383 2,2

Efeito do crescimento

microbiano sobre o Eh

• diminui o Eh

• este efeito pode ser atribuído: – à remoção do oxigénio (principalmente)

– à produção de compostos redutores como o hidrogénio em resultado da actividade microbiana

• à medida que a concentração em oxigénio dum meio diminui, também decresce o seu potencial redox

• decréscimos de cerca de 60 mV de cada vez que a concentração de oxigénio sofre uma diminuição de 10 vezes.

Testes de redução de corantes

• Testes rápidos para determinar a qualidade

microbiológica de alimentos, em especial

leite

• Já antigos

• Baseiam-se na perda de cor dos indicadores

de Eh (azul de metileno, resazurina)

• Também empregues em cervejaria para

determinar a proporção de leveduras viáveis

Efeito do Eh sobre a microflora

dos alimentos

• Forte efeito seleccionador

• Grupos fisiológicos:

– Aeróbios obrigatórios ou estritos

– Anaeróbios obrigatórios

– Anaeróbios aerotolerantes

– Microaerófilos e capnófilos

Aeróbios estritos

• Microrganismos respiratórios

• Obtêm a maior parte da sua energia por

fosforilação oxidativa

• O receptor final de electrões é o oxigénio

• Necessitam de elevada [O2] e elevado Eh

• Crescem à superfície dos alimentos ou nos

locais a que o ar tem fácil acesso

Exemplos de aeróbios estritos

nos alimentos

• Carnes

– Pseudomonas (ex.: Ps. fluorescens) e

outros bacilos Gram-negativos oxidativos

– crescem a um Eh de +100 – +500 mV

– Produzem viscosidade e maus cheiros


nos alimentos

• Pão

– Textura aberta

– Bacillus subtilis

– Eh –100 a +135 mV

– Produz defeito conhecido por “fios”


nos alimentos

• Bebidas alcoólicas

– Espécies de Acetobacter

– Crescimento superficial

– Conversão do etanol em ácido acético

– Produção de vinagre e deterioração

Anaeróbios obrigatórios

• tendem a crescer apenas quando o potencial redox é baixo ou negativo

• muitas vezes exigem a ausência de oxigénio

• O metabolismo anaeróbio permite ao organismo obter menores rendimentos de energia utilizável

• Por isso, preferem ambientes redutores, que minimizam a perda de poder redutor

Toxicidade do oxigénio para os

anaeróbios estritos

• incapacidade dos anaeróbios

obrigatórios para remover e destruir os

produtos tóxicos do oxigénio molecular:

– H2O2

– radical superóxido (O2 _ .

)

Toxicidade do oxigénio para os

anaeróbios estritos

• Ausência de superóxido dismutase e

catalase

• Catalisam

O2 _ .

+ 2H+ H2O2 + O2

2H2O2 2H2O + O2

Anaeróbios obrigatórios nos

alimentos

• Clostrídios

• todos os locais que apresentem condições de anaerobiose – interior dos tecidos das carnes

– guisados

– embalados a vácuo

– enlatados

• causam deterioração

• nalguns casos, pêm em risco a saúde do consumidor – Ex: Clostridium botulinum

Anaeróbios aerotolerantes

• Não utilizam o oxigénio, mas toleram a

sua presença

• Ex.: bactérias do ácido láctico

– Produção de energia exclusivamente por

fermentação

– Não têm catalase nem SOD

– Destroem superóxido por acumulação de

conc. milimolares de Mn

Microaerófilos

• crescem em ambientes com

concentração de oxigénio inferior à

concentração atmosférica

• concentração óptima de oxigénio –

cerca de 6%

• O crescimento de certos microaerófilos

é estimulado pela presença de CO2 –

capnófilos

Barreiras e constituintes

antimicrobianos

• Alimentos já foram organismos vivos –

possuem mecanismos de combate a

infecções

• Primeira linha de defesa: barreiras

físicas

• Segunda linha de defesa: compostos

antimicrobianos

Barreiras físicas

• Tegumentos:

– Pele

– Conchas

– Cascas

– Crostas dos produtos

Barreiras físicas

• Tegumentos:

– Compostos por macromoléculas de difícil

degradação

– ambiente inóspito para os microrganismos

• pouca água disponível

• poucos nutrientes facilmente acessíveis

• constituintes antimicrobianos (ácidos gordos

de cadeia curta da pele dos animais ou óleos

essenciais da superfície das plantas)

Barreiras físicas

• Os danos físicos aos tegumentos permitem a

invasão dos tecidos subjacentes, ricos em

nutrientes

• osfrutos e vegetais danificados deterioram-

se mais rapidamente

• o processo de deterioração inicia-se no local

da agressão

• importante que os métodos de colheita e

transporte mantenham a integridade destas

barreiras

Constituintes antimicrobianos

• Concentração local aumenta quando ocorrem traumatismos

• Rotura de células que armazenam óleos essenciais

• pôr em contacto enzima com o seu substrato – mostarda, o rábano, o agrião de água, a couve e

outros membros do género Brassica, originando isotiocianatos (óleos de mostarda) e em espécies do género Allium (alho, cebola e alho francês) originando tiosulfinatos como a alicina

• Produção de fitoalexinas em resposta à invasão por microrganismos – Faseolina - antifúngico produzido pelo feijão

verde

Utilização de constituintes naturais das

plantas como agentes antimicrobianos

• Muitos constituintes naturais dos

tecidos vegetais, como pigmentos,

alcalóides e resinas, têm propriedades

antimicrobianas

• Os ácidos sórbico (Sorbus) e benzóico

(uva do monte)

Uva do monte

http://locusmeus.com/dimage-gallery01.html

Sorbus

Exemplos de ervas aromáticas e especiarias com

constituintes antimicrobianos

Jamaica Laranja Alho

Amêndoa amarga Orégãos Gengibre

Angélica Pimentão Limão

Manjericão Salsa Lima

Louro Pimenta Mandarina

Bergamota Hortelã-pimenta Manjerona

Alcarávia Rosmaninho Mostarda

Cardamomo Alecrim Noz-moscada

Aipo Sálvia Cebola

Canela Hortelã Baunilha

Erva-limão Anis Coentros

Cravinho Estragão Endro

Verbena Tomilho Funcho

Endro, alcarávia, bergamota, cardamomo, verbena,

manjerona e estragão

Exemplos de constituintes antimicrobianos

de ervas e especiarias

Poder antimicrobiano das ervas e

especiarias

• Quantidade usada – efeito sobre o

flavor

• Geralmente papel pouco importante na

conservação dos alimentos

• Por vezes, fonte de contaminação

– Esporulados → botulismo em conservas

caseiras de pimento e de alho esmagado

em óleo

Outros constituintes antimicrobianos

dos produtos de origem vegetal

• Humulonas do lúpulo – inibição das

bactérias do ácido láctico que

deterioram a cerveja

• Quantidade de lúpulo presentemente

usada é mais baixa – papel menos

importante na conservação da cerveja

• Conc. subletais de humulonas podem

mesmo seleccionar estirpes resistentes

Lúpulo

Outros constituintes antimicrobianos

dos produtos de origem vegetal

• Oleuropeína (amargor nas azeitonas

verdes)

• Extracção alcalina:

– Retirar sabor amargo

– Oleuropeína inibe as bactérias do ácido

láctico responsáveis pela fermentação das

azeitonas


de origem animal

• Clara de

ovo • Leite

Clara de ovo Leite

Status nutritivo

pH elevado pH moderado

Baixos níveis de azoto disponível Níveis elevados de proteínas, glícidos e

lípidos

Compostos antimicrobianos

Ovotransferrina (conalbumina)

(12% dos sólidos)

Lactoferrina

Lisozima

(3,5% dos sólidos)

Lisozima

Avidina

(0,05% dos sólidos)

-

Ovoflavoproteína

(0,8% dos sólidos)

-

Ovomucóide e ovo-inibidor

(inibidores das proteases)

(11% dos sólidos)

Lactoperoxidase

(30 mg l-1)

Imunoglobulina

(300 mg l-1)

Constituintes antimicrobianos de

origem animal

• Lisozima

– Em ambos os produtos

– catalisa a hidrólise das ligações

glicosídicas do peptidoglicano

– mais eficaz contra bactérias Gram-

positivas, onde o acesso ao

peptidoglicano é mais fácil, do que contra

as Gram-negativas


origem animal

• Compostos que diminuem a

disponibilidade dos nutrientes

– Ferro

• ovotransferrina da clara de ovo

• lactoferrina do leite

– Cofactores (biotina, riboflavina)

• Avidina

• ovoflavoproteína


origem animal

• Sistema da lactoperoxidase – leite

• produz compostos antimicrobianos na

presença de peróxido de hidrogénio

• catalisa a oxidação do tiocianato pelo

peróxido de hidrogénio, produzindo, entre

outros compostos, hipotiocianato

• pode destruir bactérias Gram-positivas e

inibir as Gram-negativas

• possivelmente danifica a membrana

citoplasmática

Funcionamento do sistema da lactoperoxidase

SCN-

tiocianato +

H2O2

lactoperoxidase

OSCN- (hipotiocianato)+ (c/ excesso de H2O2) O2SCN-+O3SCN-

3.2. Factores que afectam

o crescimento microbiano

3.2.2. Factores extrínsecos

Conteúdos

3.2.2. Factores extrínsecos:

– Humidade relativa

– Temperatura

– Atmosfera gasosa

I. Humidade relativa

• Relacionada com a actividade da água

• HR = medida da aw na fase gasosa

• HR tem reflexo imediato sobre a aw à

superfície do alimento – zona

problemática em relação ao

desenvolvimento de microrganismos


• Uma vez iniciado o seu crescimento, os

microrganismos também contribuem

para alterar a aw do alimento,

permitindo que se desenvolvam

microrganismos mais exigentes em

termos da disponibilidade da água


• Frequente em: – Silos de armazenagem de xaropes e

concentrados

– Silos de armazenagem de grãos – variação da HR em função da temperatura e da exposição solar

• Armazenagem de frutos e vegetais frescos: – Controlo cuidadoso da HR

– Demasiado elevada – condensação, deterioração microbiológica

– Demasiado baixa - murchidão

II - Temperatura

• Microrganismos são poiquilotérmicos e

muito pequenos – temperatura tem um

efeito muito acentuado sobre o seu

desenvolvimento e metabolismo

• Intervalo para o crescimento depende

de:

– Disponibilidade da água

– Estabilidade das macromoléculas

– Estrutura da membrana citoplasmática

II. Temperatura

• À pressão atmosférica, verifica-se crescimento microbiano entre os –8ºC e os +100ºC

Parque natural de Yellowstone

Microphotographies en microscopie électronique de différentes

espèces thermophiles isolées des sources hydrothermales profondes

(a, b, c, d) et de puits de pétrole (e, f, g): les autotrophes strictes

réductrices de soufre Desulfurobacterium sp. (a) et Nautilia

lithotropha (b), de sulfate Thermodesulfobacterium hydrogeniphilum

(c), les hétérotrophes Marinitoga piezophila (d), Thermococcus

sibiricus (e), Thermosipho geolei (f) et Petrotoga olearia (g).

Neve rosada – um fenómeno devido ao

crescimento bacteriano a

temperaturas muito baixas

Ambientes extremos na

nossa cozinha ...

A temperatura afecta:

• taxa de crescimento

• duração da fase de latência

• natureza do metabolismo

• requisitos nutricionais

• composição da biomassa microbiana

Efeito da temperatura sobre a

taxa de crescimento

Equação de Arrhenius

• correlaciona a temperatura com a velocidade das reacções químicas

R = constante dos gases perfeitos

T = temperatura absoluta

A = constante (depende da frequência de formação de complexos activados de reagentes)

E = energia de activação da reacção

K AeE

RT


taxa de crescimento

Equação de Arrhenius

• também aplicada à obtenção de estimativas aproximadas das taxas de crescimento ou actividade microbiana em função da temperatura do meio, utilizando valores publicados de E ou determinando-os experimentalmente

K AeE

RT

Conceito Q10

• Q10 = número de vezes que a taxa de

crescimento aumenta por cada

incremento de 10ºC

Conceito Q10

QK

K10

T 10

T

T 10

T

QAe

Ae10

-E

R(T+10)

-E

RT

Conceito Q10

Q e10

-E

R(T+10)

-E

RT

logQE

R T T10

2,3

1 1

10

• A generalidade das espécies microbianas mesófilas

têm um Q10 próximo de 2 para grande parte do

domínio compreendido entre as temperaturas mínima

a óptima


taxa de crescimento

T (ºC)

.h-1

óptimamínima

máxima

35º C (bactérias)

30ºC (bolores)

Temperatura e taxa de crescimento

• Temperaturas cardeais:

– Óptima

– Máxima

– Mínima

• Variam muito consoante o grupo

microbiano considerado

Classificação dos microrganismos

consoante as suas temperaturas cardeais

Temperatura (ºC)

Grupo Mínimo Óptimo Máximo

Termófilos 40 – 45 55 – 75 60 – 90 Mesófilos 5 – 15 30 – 40 40 – 47 Psicrófilos (psicrófilos obrigatórios)

-5 - +5 12 – 15 15 – 20

Psicrotróficos (psicrófilos facultativos)

-5 - +5 25 – 30 30 – 35

Distribuição dos microrganismos por

ecossistemas de acordo com as suas

preferências térmicas

Ecossistema Espécie Domínio Temperatura

óptima

Glaciares, neves polares Chlamidomonas nivalis Eukaria (alga) ~0ºC

Rúmen Prevotella ruminicola Eubacteria 37ºC

Fumarolas, caldeiras industriais Thermus aquaticus Eubacteria 60ºC

Sulfataras submarinas Pyrodictium brockii Archaea 105ºC

Distribuição dos microrganismos por ecossistemas

de acordo com as suas preferências térmicas

• espécies que crescem a baixas temperaturas têm taxas de crescimento mais lentas que os organismos de temperaturas moderadas

• organismos estruturalmente mais complexos do domínio Eukarya não evoluíram no sentido da adaptação a temperaturas elevadas

• ecossistemas com temperaturas acima de 50ºC são apenas habitados por Eubacteria e Archaea

• ambientes extremamente quentes são quase exclusivamente habitados por Archaea

Grupos mais importantes em

Microbiologia Alimentar

• Mesófilos

– Patogénicos transmitidos pelos alimentos

– Ex.: Salmonella, Staphylococcus aureus,

Clostridium perfringens



• Psicrófilos

– Os mesófilos crescem mais rapidamente do que

psicrotróficos às suas temperaturas óptimas

– a deterioração dos alimentos perecíveis que são

armazenados a temperaturas de mesofilia é mais

rápida do que a deterioração em refrigeração

– Carácter da deterioração em refrigeração ou à

temp. ambiente difere – grupos microbianos

distintos



• Termófilos

– importância muito menor em microbiologia

alimentar

– esporulados termófilos (ex. Bacillus e

Clostridium) podem causar problemas


taxa de crescimento

• curva assimétrica

• a taxa de crescimento

decresce de modo mais

rápido acima da

temperatura óptima do

que abaixo desta T (ºC)

.h-1

óptimamínima

máxima


taxa de crescimento

• Abaixo do óptimo, decresce a taxa de crescimento em parte devido ao abrandamento das reacções enzimáticas

• Isto não explica totalmente o decréscimo da taxa de crescimento – este decréscimo não segue a lei de Arrhenius

• O crescimento microbiano resulta da actividade duma rede de reacções que interagem e se regulam umas às outras, representando uma ordem de complexidade muito superior à duma simples reacção química isolada


duração da fase de latência

• À medida que a

temperatura se vai

aproximando do

mínimo para

crescimento:

– decréscimo da taxa de

crescimento

– aumento da duração da

fase de latência



• O aumento da duração da fase de

latência não é linear: – um psicrotrófico que tenha uma fase de latência

de 1 h à sua temperatura óptima (25ºC, p. ex.),

poderá ter uma fase de latência de 30 h a 5ºC e

de 60 h a 0ºC

– A temperaturas muito próximas do mínimo, as

fases de latência podem tornar-se mesmo muito

prolongadas (chegam aos 414 dias)



• Implicações sobre a conservação dos

produtos refrigerados:

– O aumento da vida de prateleira dos alimentos

refrigerados está relacionado com:

• decréscimo da taxa de crescimento da microflora

deteriorante

• extensão da sua fase de latência, durante a qual o

número de microrganismos não aumenta

• o aumento da fase de latência pode ter um efeito tão

importante quanto o decréscimo da taxa de crescimento


qualidade e segurança dos alimentos

• factor importantíssimo

• um dos factores mais fáceis de

controlar na prática



• O crescimento microbiano é rápido no intervalo 5° - 60°C

• Se os alimentos permanecerem nesta ZONA DE PERIGO por apenas 2 – 4 horas, só ocorrerá crescimento e reprodução mínimos

• Evitar deixar os alimentos nesta ZONA DE PERIGO por muito tempo, porque nesta zona, os alimentos potencialmente perigosos poderão permitir o crescimento de microrganismos patogénicos



• Visitar http://www.extension.iastate.edu/foodsafety/Lesson/homepage.

html

http://www.fightbac.org/main.cfm

http://europa.eu.int/comm/food/index_en.htm

http://www.homefoodsafety.org/

http://www.extension.iastate.edu/foodsafety/Lesson/homepage.html

http://www.extension.iastate.edu/foodsafety/Lesson/homepage.html

http://www.fightbac.org/main.cfm

http://europa.eu.int/comm/food/index_en.htm

http://www.homefoodsafety.org/

III. Atmosfera gasosa

• Oxigénio

– Cerca de 21% da atmosfera

– Influência muito importante sobre o Eh


• Dióxido de carbono

– Gás incolor, com odor ligeiramente

pungente em concentrações elevadas

– Asfixiante, ligeiramente corrosivo em

presença de humidade



– Dissolve-se facilmente em água (1,57 g/kg

a 100 kPa, 20° C)

– Origina ácido carbónico (H2CO3)

– O ácido carbónico é um ácido dibásico

fraco (pKa 6,37 e 10,25)

– Também solúvel em lípidos e noutros

compostos orgânicos



– Numa solução não tamponizada pode

produzir um decréscimo apreciável do pH:

• água destilada em equilíbrio com a concentração

normal de CO2 na atmosfera - pH de cerca de 5

• efeito menos pronunciado nos ambientes

tamponizados dos alimentos

– Ex. depois de atingido o equilíbrio com 1 atmosfera de

pCO2, o pH do leite é de 6,6 a 6,0

Atmosfera gasosa – CO2

• Efeito inibidor do crescimento

microbiano:

– Embalagem em atmosfera modificada

– Efeito antimicrobiano em bebidas

gaseificadas

Atmosfera gasosa – CO2

• Efeito inibidor difere consoante o tipo

de microrganismos considerado:

– Bolores e bactérias Gram-negativas –

mais sensíveis

– Bactérias Gram-positivas e algumas

leveduras – mais resistentes

– Lactobacilos especialmente resistentes

CO2 – mecanismo de inibição do


• Combinação de fenómenos:

– Efeito antimicrobiano do ácido carbónico

– alteração das propriedades físicas da membrana,

afectando negativamente o transporte de solutos

– inibição de enzimas-chave, em especial

(reacções de carboxilação/descarboxilação, nas

quais o CO2 é um dos reagentes)

– reacção com os grupos amina das proteínas,

alterando as suas propriedades e a sua

actividade

Factores que afectam a inibição do

crescimento microbiano pelo CO2

• Geralmente mais acentuada em condições anaeróbias do que em condições de aerobiose

• A solubilidade do CO2 aumenta à medida que a temperatura decresce

– É muito mais elevada a temperaturas abaixo dos 10° C do que para temperaturas iguais ou superiores a 15° C

– Importante em embalagem em atmosfera modificada – solubilidade excessiva pode causar colapso das embalagens

Microrganismos capnófilos

• O seu crescimento é favorecido pela

presença de CO2 e de anaerobiose

• Condições idênticas ao tracto intestinal

e outros tecidos corporais

• Patogénicos

• Ex.: Campylobacter

Crescimento e

sobrevivência dos

microrganismos nos

alimentos: temperatura

e segurança alimentar

Temperatura e segurança alimentar:

Objectivos

• Aula teórico-prática

• Objectivo:

– Conhecer os limites do binómio tempo-

temperatura a que devem ser submetidos

os alimentos durante a sua confecção,

armazenagem e aquecimento

– Conhecer práticas seguras de preparação,

confecção, armazenagem e aquecimento

dos alimentos

Temperatura e segurança alimentar:

Conteúdos

• A zona de perigo

térmico

• Tempo

• Temperatura

• Arrefecer alimentos

quentes

• Diâmetro e

densidade dos

alimentos

• Opções para o

arrefecimento

• Uso do frigorífico

• Aquecer alimentos

• Descongelar

alimentos

• Cozinhar alimentos

• Armazenagem no

frio

A zona de perigo térmico

A zona de perigo

• Os microrganismos patogénicos crescem e multiplicam-se a temperaturas entre os 5 e os 60ºC - zona de perigo

• O crescimento microbiano é ainda mais rápido entre os 20 e os 50ºC

• Fazer com que a passagem dos alimentos por este intervalo de temperaturas

– dure o menos possível

– ocorra o menor número de vezes possível

Tempo

• Máximo de 4 h na

zona de perigo

– tempo que, em

geral, é necessário

para que as

bactérias passem da

fase de latência à

exponencial

• Não esquecer efeito

cumulativo!

Termómetros

• Em número

suficiente:

– Pelo menos um por

empregado que vai

cozinhar, aquecer

ou arrefecer

alimentos

Medição da temperatura

• A gerência deverá

estabelecer com

clareza

ametodologia de

medição

– alimentos que

devem ser

monitorizados

– quem deve fazê-lo

– com que frequência

deve ser feita a

monitorização

Medição da temperatura

• Registar

– Temperatura

– hora e data

• Finalidade:

verificação dos

procedimentos

• Formulários simples

no exterior das

portas do

equipamento

Arrefecimento bifásico

• Recomendado pela

FDA

• minimiza o tempo

que o alimento vai

passar na porção

mais crítica da zona

de perigo

térmico(20 - 50ºC)


• I - alimento cozinhado seja

arrefecido de 60 para 20ºC

num período que não exceda

as duas horas

• II - arrefecido dos 20 para os

5ºC ou abaixo num período

que não exceda mais 4 h


• Se o alimento não tiver

arrefecido para 20ºC dentro

das duas horas, volta a ser

aquecido

• Necessita de atingir os 74ºC e

permanecer a esta

temperatura por 15 seg, num

período máximo de 2 h, antes

de voltar a tentar-se o seu

arrefecimento

Rapidez de arrefecimento

depende de:

• a espessura do alimento (distância até

ao centro) - factor mais importante

• Densidade - quanto mais densos forem

os alimentos, mais lento é o seu

arrefecimento

– uma panela com 20 cm de altura de

feijoada pode levar mais de 20 h a

arrefecer dos 60ºC para temperaturas

iguais ou inferiores a 5ºC

Rapidez de arrefecimento

depende de:

• material de que são feitos os recipientes

– O aço inoxidável transfere o calor mais

rapidamente do que o plástico

• forma do recipiente

– Os alimentos arrefecem mais depressa em

recipientes rasos do que nos mais fundos

• Composição dos alimentos

– os que têm elevado teor em proteínas e lípidos,

não transferem o calor tão bem como os outros e

tendem a arrefecer mais devagar

Métodos para o arrefecimento

rápido dos alimentos

• Frigorífico nem sempre é uma boa opção

• Dividi-los

• Arrefecer com gelo

• Arrefecimento forçado

• Arrefecimento em recipientes de paredes

duplas

• Agitar os alimentos

Conservar alimentos já frios

no frigorífico

• alimentos densos - em recipientes com 5 cm de profundidade

• líquidos menos espessos - em recipientes com 8 cm de profundidade

• colocar sempre os recipientes nas prateleiras de cima do frigorífico ou câmara

• não cobrir ou cobrir sem fechar hermeticamente antes de arrefecer até 5ºC

Conservar alimentos já

frios no frigorífico

• colocar os recipientes de modo a permitir a circulação de ar

• quando a temperatura do alimento 5ºC, cobri-lo

• o recipiente deve ter sido marcado com a data e hora de preparação do alimento

• marcar também a data e hora de armazenagem

Tempos de conservação

no frio (exemplos):

• Restos: máximo de 3 dias no frigorífico

• Ovos: 30 dias no frigorífico

• Comida congelada: até 1 ano

• Mais exemplos: consultar o Manual do

Inatel

Aquecer alimentos

• O alimento tem que ser aquecido até atingir,

no centro, 75ºC e deve permanecer a esta

temperatura por 15 segundos

• não pode demorar mais de 2 h

• Senão, o alimento deverá ser rejeitado

(deitado fora).

• Ao utilizar um alimento cozinhado como

ingrediente na preparação dum prato, o

prato final deverá atingir os 75ºC

Aquecer alimentos

no microondas

• cobertos (não hermeticamente, para evitar

acidentes)

• deverão ser rodados ou agitados a meio do

tempo de aquecimento

• respitar tempo de repouso deve ser

respeitado

• medir a temperatura interna em vários

pontos para garantir que foram atingidos os

75ºC

• Os alimentos que são aquecidos para

servir imediatamente ao consumidor

podem ser servidos a qualquer

temperatura, desde que se tenham

observado as regras de segurança

durante a sua preparação

Descongelar alimentos

• no frigorífico

• no microondas (cozinhar imediatamente após a descongelação)

• descongelar alimentos contidos em recipientes herméticos num banho de água fria, corrente, ou em água fria mudada de meia em meia hora

• descongelar alimentos à temperatura ambiente não é seguro

Cozinhar os alimentos

Temperatura interna

• Feijoadas, guisados, sopas, restos 75ºC

• Aves 75ºC

• Recheados, carne moída de aves 75ºC

• Carne suína ou bovina moída 70ºC

• Carne bovina (bifes, assados) 63ºC

• Carne suína (bifes, costeletas, assados) 63ºC

• A maioria dos outros alimentos 63ºC

Factores implícitos

• Propriedades dos microrganismos:

– Resposta dos microrganismos às

condições ambientais

– Interacções entre microrganismos

Papel dos factores implícitos na determinação da

natureza das associações microbianas dos

alimentos

• Taxa de crescimento

• Estado fisiológico

• História prévia da célula

• Stress e sensibilidade

• Interacções entre microrganismos:

– Mutualismo

– Antagonismo


• Microrganismos com taxas específicas

elevadas tendem a predominar

– Bolores poderiam crescer bem nas carnes,

mas são excluídos pelas bactérias, que têm

mais elevado

• Contudo, há influências doutros factores:

– Se as bactérias forem inibidas (pH, aw, …. ),

os bolores assumem um papel importante na

ecologia do produto


• Contudo, há influências doutros

factores:

– Limitações do substrato:

• Dentre 2 mos com idêntica, predominará o

que tiver afinidade mais elevada pelo

substrato (menor Ks) quando este se tornar

limitante

Estado fisiológico do microrganismo

• A resposta real dum microrganismo a

um factor ambiental depende do seu

estado fisiológico

• Células em fase exponencial morrem

mais facilmente por exposição ao calor,

pH ou compostos antimicrobianos do

que as da fase estacionária

Estado fisiológico

do microrganismo

• Em geral, quanto maior for ,

mais facilmente morrem os

microrganismos

• Crescimento a taxas elevadas pressupõe

equilíbrio delicado e fácil de perturbar

• Hipótese: célula morre da sua reacção ao

stress e não do efeito directo daquele

– Morre por “oxidative burst” – produção explosiva

de radicais livres no interior da célula em

resposta a stresses

História prévia da célula

• Adaptação prévia em geral minimiza os

efeitos adversos da alteração das condições

ambientais

• Exposição a níveis subletais pode aumentar

a resistência dos microrganismos:

– Exposição ao calor – aumento da resistência

térmica

– Exposição a pH baixo – aumento da resistência à

acidez

– Crescimento a temperaturas progressivamente

mais baixas – redução da temperatura mínima de

crescimento do mo

Stress e sensibilidade

Resposta ao stress

• Resposta imediata do sistema

enzimático e das proteínas

membranares

• Resposta a prazo mais longo, mediada

por genes

Resposta mediada por

genes

• Produção de chaperonas ou

chaperoninas

• Factores sigma

– proteínas que interagem com as enzimas

que transcrevem o ADN para ARN

mensageiro,

– ajudam a determinar as zonas do ADN

que vão ser transcritas

Resposta mediada por genes

• Factores sigma

– Factor sigma 32 ou RpoH – codifica

proteínas do choque térmico

– RpoS (factor sigma da fase

estacionária) –acumula-se na fase

estacionária – orienta a transcrição de

genes com função protectora

Acção do RpoS

• Produção de proteínas protectoras durante

a fase estacionária ou em resposta a

stresses

• Actua em reposta a um conjunto de

stresses – protege a célula contra os

efeitos de vários stresses simultaneamente

– Implicações em termos de segurança alimentar

Interacção entre microrganismos

• Protecção contra stresses em resposta

a compostos segregados por outras

células

• Relações de sinergia

• Relações de antagonismo

Relações de sinergia

• Crescimento dum microrganismo

prepara o meio para o crescimento

doutro

• Actividade dum microrganismo

aumenta a disponibilidade de

nutrientes para outro

• Um microrganismo neutraliza

compostos que inibem o crescimento

doutro

Relações de antagonismo

• Competição por nutrientes

• Produção de substâncias que inibem o

crescimento doutros microrganismos -

antibiose

Antibiose

nas bactérias do ácido láctico

• Decréscimo do pH do meio

• Acção específica do ácido láctico

(ácido orgânico fraco)

• Outros factores antimicrobianos:

– Peróxido de hidrogénio

– Bacteriocinas

– Outros compostos antimicrobianos

3.3. Previsão de acontecimentos

microbiológicos: modelos

Previsão de acontecimentos

microbiológicos

• Previsão de:

– Vida de prateleira

– Segurança

– Deterioração

Passos na previsão de

acontecimentos microbiológicos

• Descrever com precisão o ambiente

alimentar

• Determinar a forma como este irá

afectar o crescimento e sobrevivência

dos microrganismos

Caracterização físico-química

dum ambiente

• Normalmente simples

• Problemática em ambientes onde a

distribuição das propriedades não é

uniforme

– Caso dos alimentos sólidos

Efeito dos parâmetros ambientais sobre o

cresimento microbiano

• A maioria dos dados experimentais

disponíveis diz respeito ao efeito de

cada factor isolado ou de dois factores

em conjunto

• Nos alimentos os microrganismos

experimentam uma bateria de factores

sub-óptimos que determinam as

características do alimento como meio

para o crescimento microbiano

Efeito barreira

• cada factor

inibidor actua

como uma

barreira que

contribui para a

estabilidade e

segurança geral

do alimento

Três abordagens básicas à previsão

de acontecimentos microbiológicos

• I – consultar peritos

– baseado na experiência individual dum

microbiologista alimentar e na sua

interpretação da literatura publicada

– abordagem útil do ponto de vista

qualitativo

– raramente produz dados quantitativos

fiáveis

Três abordagens básicas à previsão de

acontecimentos microbiológicos

• II - testes de desafio – O microrganismo é inoculado no produto

alimentar e é seguido o seu destino ao serem submetidos a condições que simulam as que prevalecem durante a sua produção

– Produz dados fiáveis

– Caro, moroso e intensivo em termos de mão-de-obra

– De cada vez que houver qualquer alteração é necessário repetir os testes sob as novas

condições

Três abordagens básicas à previsão

de acontecimentos microbiológicos

• III - recurso a modelos matemáticos

Modelo

• Objecto ou conceito utilizado para

representar outro

• Um modelo matemático recorre a

conceitos matemáticos, como

constantes, variáveis, funções,

equações, etc.

Modelo

• Algo que utilizamos em representação

da realidade quando esta é demasiado

perigosa, demasiado dispendiosa ou

simplesmente inatingível

T. Wijtzes

Modelos matemáticos em


• usados com sucesso desde os anos vinte do

séc. XX para prever a probabilidade da

sobrevivência de esporos de Clostridium

botulinum a um dado processo térmico

• permitiram, com uma margem de segurança

aceitável, o design de processos térmicos

para alimentos enlatados de baixa acidez

Etapas do desenvolvimento dum

modelo

• 1. planeamento

• 2. recolha dos dados

• 3. ajustamento do modelo

• 4. validação do modelo

Tipos de modelos

• Probabilísticos

• De superfície de resposta

• Cinéticos

Modelos probabilísticos

• fornecem uma avaliação quantitativa da

probabilidade dum acontecimento

microbiológico ocorrer durante um dado

tempo

• são mais adequados a situações de risco

grave

• O acontecimento mais frequentemente

descrito nestes modelos é a probabilidade

de formação de toxina pelo Cl. botulinum

Ex. modelo probabilístico

• Modelo logístico

para a

probabilidade da

produção de toxina

pelo Clostridium

botulinum em carne

de porco

pasteurizada no

intervalo de pH

entre 5,5 e 6,3.

Desvantagem dos modelos

probabilísticos

• não dão muita informação sobre a taxa

a que os acontecimentos se verificam

Modelos de superfície de

resposta

• modelos que prevêem o tempo que

demora certo acontecimento, como

crescer até um certo nível ou formação

detectável de toxina

Exemplo dum modelo de

superfície de resposta

• crescimento da Yersinia enterocolitica a temperaturas e pHs sub-óptimos

LTG = 423,8–2,54(T)–10,97(pH)+0,0041(T)2+0,52(pH)2+0,0129(pH)(T)

• LTG - logaritmo natural do tempo que leva a acontecer um aumento de 100 vezes nos números de microrganismos

• T – temperatura

• pH - pH obtido quando se usa o ácido acético como acidulante

Exemplo dum modelo de

superfície de resposta

Efeito combinado da temperatura e do pH sobre o tempo para que ocorra um crescimento de 2 ciclos logarítmicos de Yersinia enterocolitica

Modelos cinéticos

• Descrevem a velocidade do

crescimento (, tempo de geração) em

função das condições de crescimento

(temperatura, pH, aw, etc.)

Modelos cinéticos

• 1. Cálculo dos parâmetros da curva de

crescimento por meio de modelos

primários

• 2. Modelos secundários para

estabelecer a relação entre o

parâmetro escolhido e as condições

ambientais relevantes

Modelos primários

• Equação logística

• Equação de Gompertz:

y = a exp [–exp (b – ct) ]

Modelos secundários

• Equação de Arrhenius:

k = A exp (–E/RT)

E: energia de activação

A: factor de colisão

R: constante universal dos gases

T: temperatura (K)

k: taxa velocidade ou taxa específica de

crescimento

Gráfico tridimensional do tempo de geração previsto

para as salmonelas em função da temperatura

Tempo de geração da salmonela para um valor fixo de pH

Modelos secundários

• Equação de Davey (Arrhenius mod.):

ln k = C0 + C1/T + C2/T2

E: energia de activação

A: factor de colisão

R: constante universal dos gases

T: temperatura (K)

k: taxa velocidade ou taxa específica de

crescimento

Equação de Davey modificada:

• Entra com outros parâmetros para além

da temperatura:

ln k = C0 + C1/T + C2/T2 + C3/aw + C4/aw

2

Modelos cinéticos

• Modelo da raiz quadrada:

k = b (T – Tmin) • Descreve o crescimento para temperaturas abaixo

do óptimo

• Inicialmente descrito por Ratkowsky

• Modificação da equação exponencial de Bĕlehrádek

• Boa concordância com dados obtidos em meios de

cultura e alimentos

• Também pode ser modificado para incluir pH, aw,

etc.

Dados do crescimento de Yersinia

enterocolitica – modelo da raiz quadrada

Dados do crescimento da Yersinia enterocolitica representados de acordo

com o modelo da raiz quadrada de Ratkowsky

Exemplo de modelo primário

• µFit

– Demonstração do seu uso para o cálculo

dos parâmetros do crescimento

microbiano

Exemplo de modelo secundário

• PMP

Utilidade dos modelos:

• Desenvolvimento de produtos

• Previsão do comportamento das

populações microbianas dos alimentos

ao longo da sua cadeia de produção

– Integradores tempo/temperatura

– Sistemas de peritagem informatizada

Previsão do

crescimento

microbiano em duas

cadeias de

distribuição a frio

Sistemas de peritagem

informatizada – um exemplo

• Flour Milling and Baking Research

Association (UK)

• Previsão da vida de prateleira isenta de

bolores Log10 vida de prateleira isenta de bolores = 6,42 – (0,0647 ERH)

cn higalim 3 crescimento 2010

Documents